Wer ist der beste Spiegel im ganzen Land?

News: Wer ist der beste Spiegel im ganzen Land?

Eine neu Art von reflektierendem Film aus Polyester und anderen Polymeren wirft Licht sehr viel heller und kontrollierter zurück als alle bisherigen Spiegel. Der aus abwechselnden Schichten von doppelbrechendem und nicht doppelbrechendem Material bestehende Spiegel reflektiert sichtbares Licht immer sehr effizient, egal aus welchem Winkel es einfällt. Für viele Bereiche der Physik kann dieser dünne, flexible Polymerfilm von großem Nutzen sein. So etwa in der Optoelektronik, deren Laser, Lichtleiter und andere Technologien in einer ganzen Reihe verschiedener Bereiche - von der Medizin über die Kommunikationstechnik bis hin zur Astronomie - eingesetzt werden.

Der Badezimmerspiegel, in dem man sich morgens müde betrachtet, besteht aus Glas, dessen Rückseite mit einer dünnen Metallschicht überzogen ist. Für einige komplexere Vorhaben als Rasieren ist er allerdings ungeeignet, da er einen Teil des Lichts absorbiert statt zu reflektieren. Für viele technische Anwendungen sind daher dielektrische, nicht metallene Spiegel das Mittel der Wahl. Sie bestehen aus alternierenden Schichten von transparentem Material, die jeweils Licht bestimmter Wellenlängen zurückwerfen. Wenn die Schichten die dazu passende Dicke haben, addieren sich die reflektierten Lichtwellen auf und verstärken sich somit.

Je schräger aber der Lichtstrahl eintrifft, desto schlechter die Reflexion. Ist das Licht in der Einfallseben polarisiert, gilt sogar: Bei Überschreiten des so genannten Brewster-Winkels, verschwindet die Reflexion sogar völlig. Dieses Phänomen, das als Brewstersches Gesetz bekannt ist, schien ein unüberwindbarer Schwachpunkt von Spiegeln aus verschiedenen Schichten dielektrischen Materials zu sein.

Die Herstellung eines Spiegels aus abwechselnden organischen und anorganischen Schichten, der weniger wählerisch mit seinen Einfallswinkeln war, veranlasste Andrew J. Ouderkirk und seine Kollegen vom 3M Center in St. Paul, vermehrt mit organischen Substanzen zu arbeiten. Die Wissenschaftler entwickelten einen vollständig aus organischem Polymeren bestehenden lichtreflektierenden Film (Science vom 31. März 2000). Entsprechend dem dielektrischen Material wird jedes Mal, wenn das Licht auf eine neue Schicht trifft, ein gewisser Teil zurückgeworfen. Jede zweite Schicht des neuartigen Spiegels besteht jedoch aus einem doppelbrechenden Material, dessen kristalline Struktur das eintreffende Licht in zwei Strahlen zerlegt, die sich mit verschiedener Geschwindigkeit fortbewegen. Durch das Aneinanderreihen dünner Filme aus doppelbrechenden und nicht doppelbrechenden ("isotropen") Polymeren konnte das Team um Ouderkirk den Brewster-Winkel gezielt einstellen und die Reflektion somit vom Einfallswinkel unabhängig machen.

"Polymere können eine Reihe Dinge, die anorganische Materialien nicht können", meint Ouderkirk. Außerdem sind die Spiegel preiswert und in großen Mengen produzierbar. Beim "Leiten" von Licht über längere Strecken, das ohne Intensitätsverlust oder Veränderung der Farbe vonstatten gehen soll, konnten sich die neuen Spiegel bereits bewähren. Nach dem selben Prinzip wollen die Wissenschaftler nun einen Spiegel entwickeln, der nur Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektiert und der die Bildschirmqualität von Kleincomputern entscheidend verbessern könnte.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 3.4.2000
"Wiederkehrende Reflexionen"
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