Caltech Pionierarbeit im 3D-Druck: Innovative Forschung am California Institute of Technology (Caltech) ermöglicht es Wissenschaftlern, neuartige optische Geräte zu entwickeln und mit spezialisierten 3D-Druckern zu produzieren. Die Geräte bestehen aus optischen Metamaterialien, die ihre Eigenschaften von Nanostrukturen beziehen, die so klein sind, dass sie in Nanometern gemessen werden. Diese Technologie könnte neue Wege für Kameras und Sensoren eröffnen, um Licht in bisher unerreichbaren kleinen Skalen zu detektieren und manipulieren. Die Ergebnisse ihrer Forschungen veröffentlichten die Wissenschaftler unter dem Titel „3D-patterned inverse-designed mid-infrared metaoptics„.
Das Potenzial dreidimensionaler Metamaterialien
Die bahnbrechende Arbeit wurde von Professor Andrei Faraon durchgeführt, der bereits früher optische Metamaterialien entwickelt hat. Allerdings betritt Faraon mit dem Einsatz des 3D-Drucks Neuland. „Wir untersuchen, was möglich ist, wenn wir dreidimensionale Strukturen kleiner als die Wellenlänge des Lichts erzeugen, das wir kontrollieren möchten,“ erklärt Faraon. Die resultierenden Geräte können Licht nach Wellenlänge und Polarisation sortieren. Solche Geräte existieren bereits, jedoch könnten die im Labor von Faraon hergestellten Exemplare für sichtbares Licht arbeiten und direkt auf einen Kamera-Sensor platziert werden.
Funktion durch Evolution
Die Geräte, die in Faraons Labor hergestellt werden, sehen chaotisch und organisch aus, ein Ergebnis des algorithmischen Entwicklungsprozesses. „Wir haben tatsächlich kein rationales Verständnis für diese Designs. Sie werden durch einen Optimierungsalgorithmus erzeugt. So erhalten wir Formen, die eine bestimmte Funktion ausführen,“ sagt Faraon.
Um diese Designs in physische Geräte umzuwandeln, verwenden die Forscher eine Form des 3D-Drucks, die als Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) Lithographie bekannt ist. Dabei wird ein flüssiges Harz selektiv mit einem Laser ausgehärtet.
Faraon bezeichnet die Arbeit als Machbarkeitsnachweis und ist zuversichtlich, dass mit etwas mehr Forschung eine praktische Fertigungstechnik entstehen könnte.
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