Metamaterial: Eine flache Linse für die Smartphone-Kamera
Eine Smartphone-Kamera, die so gute Bilder macht wie eine heutige digitale Spiegelreflexkamera (DSLR), oder eine DSLR mit einem ganz kleinen Objektiv: Forscher der Harvard-Universität haben eine Linse entwickelt, die das ermöglichen soll.
Die Linse besteht aus einem Metamaterial – also einem Material, das Eigenschaften hat, die in der Natur nicht vorkommen. Eine bestimmte Oberflächenstruktur verleiht der Metalinse ihre Eigenschaft. Sie besteht aus kleinen Stäbchen aus Titandioxid, die auf einem Trägermaterial in bestimmten Mustern angeordnet sind. Titandioxid ist ein alltägliches Material, das beispielsweise in vielen Farben eingesetzt wird, in Lebensmitteln wie Kaugummi oder Zahnpasta oder in Sonnencremes.
Die Metalinse ist flach
Die Titandioxid-Strukturen übernehmen die Funktion der Linsen aus Glas: Sie fokussieren das Licht auf einen bestimmten Punkt, wobei es für verschiedene Wellenlängenbereiche jeweils ein eigenes Muster gibt. Vorteil dieser Metalinse ist, dass sie überall gleich dick ist – eine Linse aus Glas ist in der Mitte dicker als außen. "Wir wollen voluminöse Optiken ersetzen" , sagte Projektleiter Mohammadreza Khorasaninejad dem US-Magazin Popular Science(öffnet im neuen Fenster) .
Die Metalinsen sollen Objektive sehr viel günstiger machen – um zwei bis drei Größenordnungen, schätzt Khorasaninejad. Mit anderen Worten: Ein Objektiv, das heute 1.000 Euro kostet, würde mit den Metalinsen nur noch 10 oder gar 1 Euro kosten.
Die Metalinse ist flach
Bei der Metalinse treten keine chromatischen Aberrationen(öffnet im neuen Fenster) auf. Das sind Abbildungsfehler, die Farbsäume verursachen und durch weitere Linsen korrigiert werden müssen. Zumindest theoretisch. In der Praxis kann die Metalinse noch nicht alle Farben störungsfrei abbilden: Die Harvard-Forscher haben Metalinsen für Wellenlängen von 405, 532 und 660 Nanometer gebaut – das entspricht einem Blau mit Lilaanteilen, Gelbgrün und Rot. Die nächste Aufgabe der Forscher ist, diese Farbfehler zu korrigieren.
"Diese Technologie könnte revolutionär sein, weil sie im sichtbaren Spektrum arbeitet, was bedeutet, sie könnte Linsen in den unterschiedlichsten Geräten ersetzen, von Mikroskopen über Kameras und Displays bis zu Mobiltelefonen" , sagt Federico Capasso(öffnet im neuen Fenster) , Leiter der Forschungsgruppe.
Khorasaninejad und seine Kollegen stellen ihre Entwicklung in der Fachzeitschrift Science(öffnet im neuen Fenster) vor. Sie haben zudem die Technik zum Patent angemeldet und wollen sie in kommerziellen Produkten einsetzen.