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Durchlöcherte Kupferfolie fokussiert Mikrowellen

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Durchlöcherte Kupferfolie fokussiert Mikrowellen
Eine Gruppe französischer Wissenschaftler des Fresnel Instituts in Marseille hat einen neuen Trick zur Fokussierung von Licht gefunden: Einen ebenen, mit millimetergroßen Löchern durchsetzten Kupferblock. Wenn eine Mikrowellenquelle in den Block integriert wird, so verlässt die Mikrowellenstrahlung den Kupferblock in einem kegelförmigen Strahl mit einem Öffnungswinkel von nur zehn Grad. Die Forscher glauben, dass ihre Entdeckung die Integration optischer Komponenten auf integrierten elektronischen Schaltkreisen vereinfachen wird. Darüber berichtet das Fachblatt Physical Review Letters.

Eine Strahlenquelle für elektromagnetische Strahlung ? im Fall von Mikrowellen eine Antenne ? sendet ihre Strahlung gewöhnlich in mehr oder weniger alle Richtungen aus. Technische Anwendungen erfordern hingegen oft dünne, energiereiche Strahlen ? die Quellenstrahlung muss daher fokussiert werden. Für sichtbares Licht wird diese Aufgabe von den wohlbekannten gekrümmten Linsen übernommen.

Stefan Enoch und seine Forscherkollegen haben nun eine Linse für Mikrowellen gebaut, die im Gegensatz zu ihren optischen Kollegen nicht gekrümmt sondern flach ist. Die Linse kann daher einfach in optische oder mikroelektronische Schaltkreise integriert werden. Zur Herstellung ihrer Linse durchlöcherten die Forscher dünne Kupferfolien mit fünf Millimeter großen quadratischen Löchern und setzten anschließend in einem Schaumstoffblock mehrere derartige Folien zu einem ebenen Kupfer-Schaumstoff-Block zusammen.

Um die optischen Eigenschaften dieses Blocks zu untersuchen, betteten die Forscher eine Mikrowellenquelle in diesen ein und untersuchten das Abstrahlungsprofil der Quelle außerhalb des Schaumstoffblocks. Dabei stellten sie fest, dass der Block die von der Quelle ausgehenden, stark divergierenden Mikrowellenstrahlen zu einem Strahl mit einem Öffnungswinkel von nur zehn Grad fokussierte. Die Anordnung wirkt damit als eine ebene Linse.

Der Kupfer-Schaumstoff-Block ist ein sogenanntes Metamaterial, ein aus einem Metall und einem anderen Stoff ? in diesem Falle Schaumstoff ? zusammengesetztes Material, dass einen kristallähnlichen Aufbau besitzt. Ein derartiger Stoff weist oft überraschende elektromagnetische Eigenschaften für Strahlung auf, deren Wellenlänge mit der Gitterperiode des Kristalls vergleichbar ist. Dies ist hier im Fall von Mikrowellen der Fall: Der Kupferblock hat für diese Wellen einen Brechungsindex, der nur knapp über Null liegt und unterhalb des Brechungsindizes der Luft. Die von der Quelle ausgehenden Mikrowellen stoßen daher beim Übergang in die Außenwelt auf einen höheren Brechungsindex und werden so fokussiert.

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