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Enger als das Licht erlaubt

Strahlung durch winzige Löcher geschleust

Von Rainer Scharf

Durch einen Spalt, der schmaler ist als die Wellenlänge des auftreffenden Lichtstrahls, kann normalerweise nur ein winziger Bruchteil des Lichts dringen. Dabei wird das Licht gleichmäßig in alle Richtungen aufgefächert oder gebeugt. Das ist eine Folge der optischen Beugungsgesetze, die zumindest bislang uneingeschränkt gültig zu sein schienen. Jetzt haben Forscher von der Louis-Pasteur-Universität in Straßburg eine spezielle Lochblende entwickelt, die Licht selbst dann ungehindert durchläßt, wenn die Wellenlänge deutlich größer ist als der Durchmesser der Öffnung .

Die Blende erinnert auf mikroskopischen Aufnahmen auf den ersten Blick an eine Zielscheibe. Sie besteht aus einer dünnen Silberfolie, in deren Zentrum sich ein 300 Nanometer großes kreisförmiges Loch befindet. Mit einem Ionenstrahl hatten Thomas Ebbesen und seine Mitarbeiter in jeweils 500 Nanometer Abstand mehrere Rillen in Form konzentrischer Kreise in die Ober- und Unterseite der Folie geschnitten.

Bei ihren Versuchen bestrahlten die Forscher die Lochblende mit monochromatischem Licht. Die dabei genutzten Wellenlängen waren stets größer als der Durchmesser des Lochs. Hinter der Blende registrierte ein Detektor, wieviel Licht von der Blendenöffnung in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wurde.

Wie die Wissenschaftler in der Online-Ausgabe der Zeitschrift "Science" berichten, ließ die Blende rotes Licht mit einer Wellenlänge von 650 Nanometern besonders gut passieren. Es wurde sogar stark gebündelt. Kontrollexperimente mit einer baugleichen Blende ohne Rillen zeigten, daß die strukturierte Blende zehnmal so viel Licht durchließ. Waren die Rillen nur auf der Vorderseite der Blende angebracht, konnte das Licht zwar auch ungehindert durchtreten, es wurde aber nicht fokussiert.

Für die ungewöhnlichen Eigenschaften der gerillten Blenden haben die Forscher folgende Erklärung: Trifft das Licht auf die metallische Silberfolie, so regt es die Leitungselektronen der Silberfolie zu Schwingungen an. Diese elektrischen Anregungen, die man auch Plasmonen nennt, breiten sich entlang der Metalloberfläche aus. Die Rillen sorgen dafür, daß die Plasmonen mit den Lichtwellen Schritt halten können, ohne aus dem Takt zu geraten. Dadurch können die Plasmonen ohne größere Schwierigkeiten durch die Öffnung der Blende gewissermaßen "hindurchschlüpfen". Sobald sie auf der Rückseite der Silberfolie angekommen sind, strahlen sie Lichtwellen ab. Ist die Rückseite der Silberfolie ebenfalls gerillt, wird das Licht bevorzugt in eine bestimmte Richtung abgestrahlt.

Die Lochblenden könnten nach Ansicht der Forscher die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von optischen Daten verbessern. Denn mit ihnen ließen sich Lichtwellen besonders effektiv in Glasfasern einspeisen und wieder auskoppeln. Die Blenden könnten auch zur Bündelung der Strahlung von Halbleiterlasern und Leuchtdioden verwendet werden. Dadurch könnte man größere Datenmengen als bisher etwa auf einer Compact Disc speichern. Auch das Auflösungsvermögen optischer Mikroskope, das bisher durch die Beugungsgesetze beschränkt war, ließe sich durch die neuen Blenden verbessern. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 03.07.2002, Nr. 151 / Seite N1

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