News: Lichtbündler
Seltsamerweise wirft eine Blende mit einer zerfurchten Oberfläche besonders scharfe Lichtmuster. Den Grund dafür haben Physiker nun herausgefunden.
© (Ausschnitt)
Vor etwa einem Jahr staunten Henry Lezec von der Universität Louis Pasteur in Straßburg und seine Kollegen nicht schlecht. Die Physiker hatten sowohl ein kleines Loch wie auch einen dünnen Spalt in einer Metallfolie mit Licht beschienen und damit anstelle der sonst üblichen weit aufgefächerten Beugungsmuster einen scharfen Punkt und eine ebenso scharfe Linie auf einen Schirm geworfen – nach den Gesetzen der Wellenoptik eigentlich ein Ding der Unmöglichkeit [1].
Schon damals nahmen die Forscher an, dass im Kollektiv schwingende Elektronen des Metalls – so genannte Plasmonen – für den seltsamen Effekt verantwortlich sind und der Beugung des Lichts an den feinen Strukturen irgendwie ein Schnippchen schlagen. Eine genaue Erklärung blieben Lezec und sein Team bislang jedoch schuldig. Zusammen mit ihrem spanischen Kollegen Luis Martín-Moreno von Universidad de Zaragoza liefern die Forscher diese nun nach [2].
So sind tatsächlich Plasmonen die Ursache des Phänomens. Diese werden durch das auftreffende Licht im Metall angeregt und schwingen fortan hin und her. Nun kommt die besondere Struktur zum Tragen, mit der die Metallblenden der Forscher ausgestattet sind – denn es handelt sich nicht einfach um eine glatte Folie, vielmehr ist die jeweilige Öffnung von feinen Rillen umgeben. Bei der Lochblende waren das konzentrische Kreisgräben um die Öffnung, bei dem Spalt hingegen parallele Furchen zu beiden Seiten des Schlitzes.
An diesen Vertiefungen – so nun die Theorie – streut ein Teil der Plasmonen und emittiert dabei Licht. Der andere Teil des Teilchenkollektivs bewegt sich hingegen weiter und streut vielleicht am nächsten Graben, oder am übernächsten und so weiter. Sind die Abstände der Furchen und ihre Tiefe richtig gewählt, so löscht das Lichtmuster, das von den Vertiefungen emittiert wird, durch destruktive Interferenz genau das überschüssige Licht aus, das durch Beugung an der Öffnung entsteht. Übrig bleibt lediglich ein scharf begrenztes Ebenbild des Lochs oder Spalts.
Die Rechnungen der Wissenschaftler passen jedenfalls ausgezeichnet zu den experimentellen Ergebnissen. So beschreibt die Theorie haargenau, wie der Strahl hinter der Blende von Wellenlänge, Furchenabstand und -tiefe abhängt. Mit diesen Informationen wollen nun Martín-Moreno und Co ihre Blenden weiter verbessern, denn nach Meinung der Forscher lässt sich ihre Erfindung für mancherlei optische Anwendung gebrauchen. Ein Multiplexer, der vielfarbiges Licht in Abhängigkeit der Wellenlänge in unterschiedliche einfarbige Strahlen aufteilt, ist eine Idee. Aber auch spezielle optische Mikroskope könnten von dem Effekt profitieren.
Schon damals nahmen die Forscher an, dass im Kollektiv schwingende Elektronen des Metalls – so genannte Plasmonen – für den seltsamen Effekt verantwortlich sind und der Beugung des Lichts an den feinen Strukturen irgendwie ein Schnippchen schlagen. Eine genaue Erklärung blieben Lezec und sein Team bislang jedoch schuldig. Zusammen mit ihrem spanischen Kollegen Luis Martín-Moreno von Universidad de Zaragoza liefern die Forscher diese nun nach [2].
So sind tatsächlich Plasmonen die Ursache des Phänomens. Diese werden durch das auftreffende Licht im Metall angeregt und schwingen fortan hin und her. Nun kommt die besondere Struktur zum Tragen, mit der die Metallblenden der Forscher ausgestattet sind – denn es handelt sich nicht einfach um eine glatte Folie, vielmehr ist die jeweilige Öffnung von feinen Rillen umgeben. Bei der Lochblende waren das konzentrische Kreisgräben um die Öffnung, bei dem Spalt hingegen parallele Furchen zu beiden Seiten des Schlitzes.
An diesen Vertiefungen – so nun die Theorie – streut ein Teil der Plasmonen und emittiert dabei Licht. Der andere Teil des Teilchenkollektivs bewegt sich hingegen weiter und streut vielleicht am nächsten Graben, oder am übernächsten und so weiter. Sind die Abstände der Furchen und ihre Tiefe richtig gewählt, so löscht das Lichtmuster, das von den Vertiefungen emittiert wird, durch destruktive Interferenz genau das überschüssige Licht aus, das durch Beugung an der Öffnung entsteht. Übrig bleibt lediglich ein scharf begrenztes Ebenbild des Lochs oder Spalts.
Die Rechnungen der Wissenschaftler passen jedenfalls ausgezeichnet zu den experimentellen Ergebnissen. So beschreibt die Theorie haargenau, wie der Strahl hinter der Blende von Wellenlänge, Furchenabstand und -tiefe abhängt. Mit diesen Informationen wollen nun Martín-Moreno und Co ihre Blenden weiter verbessern, denn nach Meinung der Forscher lässt sich ihre Erfindung für mancherlei optische Anwendung gebrauchen. Ein Multiplexer, der vielfarbiges Licht in Abhängigkeit der Wellenlänge in unterschiedliche einfarbige Strahlen aufteilt, ist eine Idee. Aber auch spezielle optische Mikroskope könnten von dem Effekt profitieren.
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