Fast flüssig und doch superscharf
Neue Linse aus Flüssigkristall macht Zoomlinsen kompakter
Amerikanische Wissenschaftler haben eine neuartige Linse aus Flüssigkristallen hergestellt, deren Brennpunkt sich durch eine elektrische Spannung einstellen lässt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen werden die Moleküle des Flüssigkristalls dabei nicht verdreht, vielmehr ändert sich ihre Konzentration in einem dünnen, ebenen Film. Wie die Forscher zeigen, verringert dieses Verfahren die in bisherigen Linsen aus Flüssigkristallen auftretenden Abbildungsfehler.
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Die von Shin-Tson Wu und seinen Forscherkollegen hergestellte Linse besteht im Wesentlichen aus einem dünnen Film einer Mischung aus Molekülen eines Flüssigkristalls sowie eines kleineren Monomers. Mittels einer auf dem Film angebrachten herkömmlichen Glaslinse kann ein Lichtstrahl in diesen fokussiert werden (siehe Bild).
Wenn nun eine elektrische Spannung an den Film angebracht wird, so wandern die Moleküle des Flüssigkristalls zu den beiden Enden des Films, da dort die elektrische Feldstärke am größten ist. Somit bleiben in dessen Mitte hauptsächlich Monomermoleküle zurück. Da diese eine geringere optische Dichte als die Flüssigkristalle aufweisen, ist der optische Brechungsindex der Schicht in dieser Region herabgesetzt.
Die Schicht gleicht unter Spannung daher einer gewöhnlichen Konkavlinse – schließlich ist diese in ihrer Mitte dünner als an den äußeren Rändern, und damit nimmt auch deren Brechungsindex von ihrer Mitte nach außen hin zu. Mittels der Untersuchung der Brechung eines Laserstrahls zeigen die Forscher in ihrer Studie, dass ihre neue Linse schärfer als bisherige Linsen aus Flüssigkristallen ist.
Dies hängt wohl damit zusammen, dass der Brennpunkt gewöhnlicher Linsen aus Flüssigkristallen durch eine Rotation von dessen Molekülen eingestellt wird. Dies führt dazu, dass nur Lichtstrahlen, die genau in das Zentrum der Linse treffen, fokussiert werden.
Ein Problem der neuen Linse besteht allerdings darin, dass der Fokussierungsvorgang ganze drei Minuten beträgt. Allerdings weist der Prototyp auch eine Größe von etwa einem Zentimeter auf. Die nächste Version soll nur einen Mikrometer klein sein, und dann auch zum Scharfstellen nur etwa eine Sekunde benötigen.
Shin-Tson Wu (University of Central Florida) et al.: Applied Physics Letters (Band 88 Artikel 191116)
Stefan Maier
