Verstimmbare Mikrolinsen aus Flüssigkeitströpfchen
Forscher von den Bell Labs haben aus winzigen Tröpfchen Mikrolinsen mit gezielt steuerbaren optischen Eigenschaften realisiert.
In modernen optischen Telekommunikationssystemen gibt es in vielen Anwendungen wie Verstärkern oder Kreuzungspunkten winzige Linsen, die Lichtsignale bündeln und umlenken. Dabei handelt es sich um starre Gebilde mit festen optischen Eigenschaften. Wünschenswert wäre es, diese Eigenschaften variieren zu können. Optische Schalter auf diesem Prinzip sind durchaus denkbar. Eine interessante Idee dazu beruht auf Linsen aus kleinen Flüssigkeitstropfen. Hier ist es zumindest prinzipiell möglich, das Tröpfchen zu verformen und so zum Beispiel die Brennweite zu ändern.
Forscher um Tom Krupenkin von den Bell Labs in Murray Hill, New Jersey, haben sich der schwierigen Aufgabe gewidmet, die Eigenschaften solcher Tröpfchen elektronisch anzusteuern, um sie zu verändern. In der Ausgabe der Fachzeitschrift "Applied Physics Letters" vom 20. Januar stellen sie eine Tröpfchen-Linse vor, deren Brennweite und seitliche Lage sie über das Anlegen einer elektrischen Spannung umkehrbar verstimmen können.
Bei ihrem Experiment verwenden die Wissenschaftler ein etwa zwei Millimeter großes Tröpfchen einer wässrigen Kaliumsulfatlösung -- einer Flüssigkeit, die den elektrischen Strom gut leitet. Es sitzt auf einer Unterlage, die aus mehreren Schichten aufgebaut ist. Zuunterst befindet sich ein Substrat aus Indium-Zinnoxid-Glas. Darin sind vier radial angeordnete Steuerelektroden eingearbeitet. Es folgt eine dünne Lage aus Siliziumnitrid und ein Überzug aus einem speziellen Polymer. Unebenheiten der Oberfläche, die den Tropfen verformen könnten, vermeiden Krupenkin und seine Kollegen mit einem Schmiermittel -- einer Schicht Silikonöl, auf der die Linse "schwimmt".
Die Forscher können nun die Brennweite ihrer Mikrolinse verstellen, indem sie eine Spannung von etwa 10 Volt anlegen. Die Linse spricht nach etwa 5 Mikrosekunden an. Bei genau diesem Experiment beobachten sie Änderungen von maximal 20 Prozent, bei anderen Versuchen über 100 Prozent. Laut Krupenkin sind sogar mehrere hundert Prozent im Bereich des Machbaren, wenn die experimentelle Anordung noch weiter verfeinert wird.
Ähnliches gilt für die seitliche Positionsänderung der Linse, die die Forscher über eine andere Ansteuerung der Elektroden erreichen. Beim vorliegenden Versuch verschoben sie den Tropfen um 35 Prozent seines Durchmessers. Auf größere Werte kommt man leicht, indem die Elektrodenformen für die spezielle Anwendung maßgeschneidert werden.
Die Verstimmungen sind nach Aussagen der Forscher völlig reversibel und reproduzierbar. Krupenkin ist außerdem überzeugt davon, dass die Methode bei Tröpfchen von einigen zig Mikrometer bis zu mehreren Millimeter Durchmesser funktioniert. Auch kann sie seiner Meinung nach auf viele andere Materialien übertragen werden. (Veronika Winkler) / (wst)
