Von der Idee zum Chip: Forschende vom Leibniz-IPHT und der Universität München fertigen mikroskopisch feine Lichtstrukturen

Forschende aus Jena und München haben erstmals einen verdrehten Hohlkernwellenleiter direkt auf einem Chip hergestellt. Dieser „twisted light cage“ ermöglicht es, Licht kontrolliert in spiraligen Bahnen zu führen und dabei zwischen unterschiedlich gedrehten Lichtzuständen zu unterscheiden. Das eröffnet neue Wege für die Analyse und Manipulation von Materialien und Molekülen, die auf die Drehung des Lichts reagieren.

In herkömmlichen Wellenleitern breitet sich das Licht geradlinig aus. In der neuen Struktur windet es sich, mit einer Verdrehung von bis zu einer Umdrehung auf weniger als ein Zehntel Millimeter. „Damit erreichen wir eine Drehstärke, die um Größenordnungen über bisherigen Hohlkernsystemen liegt“, erklärt Prof. Dr. Markus Schmidt, Leiter der Abteilung Faserphotonik am Leibniz-IPHT.

Diese gezielte Verdrillung erzeugt chiral-optische Effekte: Licht mit unterschiedlicher Drehrichtung wird unterschiedlich geführt. Die Drehstärke lässt sich präzise steuern und ermöglicht es, chiral-abhängige Wechselwirkungen des Lichts experimentell zu untersuchen. Der Hohlkern bleibt zugänglich; so können auch optische Wechselwirkungen mit eingebrachten Gasen oder Flüssigkeiten untersucht werden.

Konzept und Design dieser neuartigen verdrehten Struktur entwickelte Prof. Markus Schmidt vom Leibniz-IPHT gemeinsam mit Johannes Bürger, Thomas Weiß und Prof. Stefan A. Maier von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Die Fertigung erfolgte am Leibniz-IPHT per 3D-Nanodruck, die optische Charakterisierung und theoretische Analyse in München.

Die verdrehten Lichtstrukturen könnten künftig in der Sensorik, Quantenphotonik oder Lab-on-Chip-Technologie eingesetzt werden. Da der Hohlraum für Gase und Flüssigkeiten zugänglich bleibt, lassen sich dort auch chemische oder biologische Prozesse optisch untersuchen.

Original-Publikation: https://doi.org/10.1117/1.AP.7.4.046002