Durch die Nachbildung von mikroskopischen Strukturen in den Flügeln eines Schmetterlings hat ein internationales Forschungsteam ein Gerät entwickelt, das kleiner als die Breite eines menschlichen Haares ist und optische Kommunikation schnellerer und sicherer machen könnte. Die Wissenschaftler von der Swinburne University of Technology in Australien und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg haben einen photonischen Kristall produziert, der sowohl links-zirkular als auch rechts-zirkular polarisiertes Licht teilen kann.
Das Design für diesen Kristall wurde durch den Schmetterling Callophrys rubi inspiriert, der auch unter dem Namen „Grüner Zipfelfalter“ bekannt ist. Dieser Schmetterling besitzt 3D-Nanostrukturen in seinen Flügeln, die ihm seine kräftige grüne Farbe verleihen. Auch andere Insekten besitzen Nanostrukturen, die ihnen Farben verleihen, aber Callophrys rubi zeigt einen wichtigen Unterschied. „Die Flügel dieses Schmetterlings enthalten einen umfassendes Netzwerk miteinander verbundener, aufgewickelter Federn, die ein einzigartiges optisches Material im Nano-Größenbereich bilden. Wir nutzten dieses Konzept, um unseren photonischen Kristall zu entwickeln“, sagte Dr. Mark Turner von der Swinburne University of Technology.
Unter Verwendung von 3D-Laser-Nanotechnologie konstruierten die Swinburne-Forscher einen photonischen Kristall mit Eigenschaften, die in natürlicherweise auftretenden Kristallen nicht existieren – einen, der mit zirkularer (kreisförmiger) Polarisation funktioniert. Dieses Miniaturgerät enthält über 750.000 winzige Polymer-Nanostäbchen. Der photonische Kristall agiert als ein polarisierender Strahlteiler im Miniaturformat, ähnlich einem Gerät, das von dem schottischen Wissenschaftler William Nicol im Jahr 1828 erfunden wurde. Polarisierende Strahlteiler werden in modernen Technologien benutzt – etwa Telekommunikation, Mikroskopie und Multimedia – und werden aus natürlicherweise auftretenden Kristallen konstruiert, die mit linear polarisiertem Licht funktionieren, aber nicht mit zirkular polarisiertem Licht.
„Wir glauben, dass wir den ersten photonischen, optisch aktiven Kristall-Strahlteiler im Nanobereich erschaffen haben“, sagte Professor Min Gu, der Direktor des Centre for Micro-Photonics an der Swinburne University of Technology. „Er hat das Potenzial, eine nützliche Komponente für die Entwicklung integrierter photonischer Schaltkreise zu werden, welche eine wichtige Rolle bei der optischen Kommunikation, Bildgebung, Computertechnologie und Abtastung spielen.“
„Die Technologie bietet neue Möglichkeiten, um Licht in nano-photonische Geräte zu lenken und bringt uns einen Schritt näher an die Entwicklung optischer Chips heran, die den Bandbreiten-Flaschenhals bei ultraschnellen optischen Netzwerken überwinden könnten“, ergänzte er.
Die Forschungsarbeit wurde im Journal Nature Photonics veröffentlicht. Die beteiligten Wissenschaftler sind Mark Turner, Qiming Zhang, Benjamin Cumming und Min Gu (Swinburne University of Technology), sowie Matthias Saba und Gerd E. Schröder-Turk (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg). Dr. Turner arbeitet jetzt im Silicon Valley in Kalifornien, um neue, photonische Technologien für echte Anwendungen zu entwickeln und marktreif zu machen.
Dieses Projekt ist Teil des Centre for Excellence for Ultrahigh-bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS), das vom Australian Research Council im Rahmen des Centres of Excellence Program finanziert wird. Weitere Unterstützung kommt von sieben mitwirkenden Universitäten und 15 Partnern. Dr. Turners Doktorarbeit wurde teilweise auch von dem Australian Cooperative Researche Centre for Polymers gefördert.
(THK)
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