Beschichtung aus Einkristallen

Superspiegel reflektiert 99,999 Prozent des Lichts

Robert Klatt

Ein neuer Superspiegel mit einer Beschichtung aus Einkristallen reflektiert 99,999 Prozent des Lichts. Der Spiegel könnte zur Erkennung von Methan-Lecks in der Erdgasförderung aber auch zur Krebsfrüherkennung genutzt werden.

Wien (Österreich). Wissenschaftler der Purdue University in West Lafayette (Indiana) haben erst vor wenigen Wochen ein aus Bariumsulfat bestehende Weißpigment vorgestellt, das 98,1 Prozent des einfallenden Lichts reflektiert. Weil die Farbe aus Infrarotlicht zurückwirft, können damit bestrichene Fläche kühler werden als ihre Umgebung.

Forscher der Universität Wien haben nun im Fachmagazin Optica eine weitere Oberfläche mit extremen Reflektionsvermögen gezeigt. Der kristalline Superspiegel schluckt weniger als zehn von einer Million Lichtteilchen. Anwendung finden solche Hochleistung-Laserspiegel, zwischen denen Licht fast verlustfrei hin- und hergeschickt werden kann, vor allem bei Messverfahren, die eine sehr hohe Genauigkeit benötigen.

Mid-IR Spektroskopie

Dazu gehört unter anderem die Mid-IR Spektroskopie, bei der Licht im mittleren Infrarotbereich verwendet wird, um kleinste Spuren bestimmter Substanzen zu detektieren. Möglich ist dies, weil die meisten Moleküle in einem Gasgemisch dadurch erkannt werden können, dass sie durch ihre Wechselwirkung der Photonen die Frequenzzusammensetzung auf charakteristische Weise beeinflussen.

„Verlustarme Spiegel sind eine Schlüsseltechnologie für viele verschiedene Forschungsfelder, sie sind das Bindeglied für so verschiedene Gebiete wie Krebsdiagnose und Gravitationswellendetektion“, erklärt Oliver Heckl, Leiter des Christian Doppler Labors für Mid-IR Spektroskopie und Halbleiteroptik der Fakultät für Physik der Universität Wien.

Beschichtung aus Einkristallen

Die Grundlage des neuen Superspiegels ist eine Beschichtung aus Einkristallen. Diese reflektieren Laserlicht störungsfreier als jedes andere bekannte Material. Entwickelt wurde dieses Material vor einigen Jahren ebenfalls an der Universität Wien von einem Team um den Physiker Markus Aspelmeyer sowie den US-Forscher Garrett Cole, der auch an der aktuellen Entwicklung beteiligt war.

Die nun präsentierte Weiterentwicklung der Technologie gelang in Kooperation mit der Universität Kansas und dem National Institute of Standards and Technology (NIST). Der Fokus lag dabei auf Lichtfrequenzen im mittleren Infrarotbereich, mit denen sich auch Unterschiede bei fast identischen Molekülen messen lassen.

Für die Produktion des Spiegels ließen die Wissenschaftler erst die speziellen Kristallschichten wachsen, die dann durch ein eigens entwickeltes Verfahren auf eine gekrümmte Siliziumoberflächen übertragen werden. Es entstand so ein Spiegel, der zehntausend Mal weniger Photonen einfängt als handelsübliche Reflektoren.

Erkennung von Methan-Lecks und Krebsfrüherkennung

Inzwischen arbeiten die Wissenschaftler im von ihnen gegründeten Spin-Off-Unternehmen Thorlabs Crystalline Solutions, dass die Entwicklung der Laserspiegel weiter vorantreibt. Denkbare Anwendungsszenarien für den neuen Superspiegel ist unter anderem die Krebsfrüherkennung oder sie Suche nach Methan-Lecks in der Erdgasförderung. Überdies entdeckten die Wissenschaftler bei dem Prototyp einen in der Physik bisher unbekannten Effekt, der zur Absorption in Halbleiterstrukturen führt. „Diese Ergebnisse geben uns tolle Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der Spiegel“, erklärt Lukas Perner.

Optica, doi: 10.1364/OPTICA.405938

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