Universit?t Paderborn und Beijing Institute of Technology kooperieren
Verschlüsselte Kommunikation durch die Manipulation von Licht: Neuste Erkenntnisse auf dem Gebiet der Photonikforschung sollen das bald m?glich machen. Um optische Eigenschaften – also die Ausbreitung und ?bertragung des Lichts – gezielt zu ver?ndern, sollen künftig sogenannte Meta-Oberfl?chen zum Einsatz kommen. Das sind künstliche Bauelemente, die die Eigenschaften von Lichtwellen beeinflussen k?nnen. Allerdings sind diese Materialien für einen industriellen und effizienten Einsatz bisher nicht ausreichend erforscht worden. Um das zu ?ndern, untersuchen Wissenschaftler der Universit?t Paderborn und des Beijing Institute of Technology, China, jetzt in einem gemeinsamen Forschungsprojekt, wie deren Effizienz verbessert werden kann. Darüber hinaus wollen die Physikerinnen und Physiker Oberfl?chen mit Nanostrukturen entwickeln, die gleich mehrere Eigenschaften des Lichts manipulieren k?nnen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die National Science Foundation of China (NSFC) unterstützen das auf zun?chst drei Jahre ausgelegte Vorhaben mit rund 500.000 Euro.
Licht als Informationstr?ger
?Um im Rahmen der Quantenkommunikation die mittels Licht transportierten Daten abh?rsicher zu machen und kodieren zu k?nnen, müssen die Eigenschaften des Lichts, das dabei verwendet wird, manipuliert werden. Dafür werden h?ufig traditionelle optische Bauelemente zusammen mit optoelektronischen Strahlformern eingesetzt, bei denen es um die Wechselwirkung von Licht mit Materie geht – ?hnlich eines modernen Chips bei Digitalkameras. Diese Elemente sind allerdings nicht nur teuer, sondern auch gro?“, erkl?rt Projektleiter Prof. Dr. Thomas Zentgraf vom Department Physik.
Sogenannte Metamaterialen, deren Oberfl?chen z. B. aus nanoskopischen Strukturen bestehen, erm?glichen diese Manipulation bereits in sehr dünnen Schichten. ?365体育_足球比分网￥投注直播官网 bestehen aus künstlich hergestellten Strukturen, deren optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften in der Natur nicht vorkommen. Ihr Vorteil ist, dass sie Strahlung brechen und sogar ?ndern k?nnen“, so Zentgraf.
Nanostrukturierung zur Beeinflussung nichtlinearer Eigenschaften
Durch den Einsatz von moderner Nanotechnologie k?nnen Materialien fast bis auf atomarer Ebene strukturiert werden. Das wiederum macht sie zu synthetischen Metamaterialien, mit denen Lichtstrahlen auf kleinstem Raum geformt oder Frequenzen umgewandelt werden k?nnen. Mithilfe der Nanostrukturierung k?nnen inzwischen selbst nichtlineare Eigenschaften gezielt beeinflusst werden, was bislang mit traditionellen Ans?tzen kaum m?glich war. Dazu Zentgraf: ?Nichtlineare Effekte treten dann auf, wenn ?u?ere Elektronen intensiv ins Schwingen geraten. Dadurch k?nnen neue Frequenzen erreicht werden, ohne die eine gezielte Manipulation nicht m?glich w?re.“
Zur Erh?hung der Funktionalit?t optischer Meta-Oberfl?chen untersuchen die Wissenschaftler jetzt das Problem der gleichzeitigen Modifikation von mehreren Strahlenparametern. Damit gemeint sind z. B. ?nderungen der Polarisation (Schwingungsrichtung), Phase (Schwingungszustand) oder Amplitude (Schwingungsweite) einer Welle. Diese Parameter, die für die Informationscodierung und -übertragung genutzt werden k?nnen, bestimmen die Effizienz der Metamaterialien.
Die Physiker um Zentgraf planen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen. In insgesamt vier Teilbereichen geht es u. a. um neue fundamentale Designmethoden, wie z. B. Deep Learning mittels neuronaler Netze für ein schnelleres Design, Multifunktionalit?t sowie die aktive Kontrolle von linearen und nichtlinear-optischen Effekten.
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation
