Aoba-ku – Gravitation in Form Schwarzer Löcher im All kann einen Lichtstrahl ablenken – doch nicht nur dort, wie Forscher der Tohoku-Universität ermittelt haben. Mit einem Kristall, dessen Aufbau sie gezielt verzerrt haben, ist es gelungen, einen Lichtstrahl zu beugen. Das Phänomen nennen sie «Pseudogravitation». Es eröffnet der Optik eine völlig neue Dimension. Licht lässt sich per Glasfaser leiten, sogar um Kurven. Es kann auch mit Spiegeln umgelenkt werden, die allerdings erheblich leiden, wenn die Energie des Lichts hoch ist. Auch Beugungsgitter sind geeignet.
Wie Gravitationslinsen im All
Experten hatten bereits vorhergesagt, dass es gelingen könnte, diesen Effekt in photonischen Kristallen zu reproduzieren. Diese Strukturen werden zur Lichtsteuerung in optischen Geräten und Experimenten verwendet. Sie werden durch die Anordnung mehrerer Materialien in periodischen Mustern hergestellt. Es wurde schon vermutet, dass Verzerrungen in diesen Kristallen Lichtwellen auf eine Weise ablenken könnten, die Gravitationslinsen im kosmischen Massstab sehr ähnlich sind.
Die Wissenschaftler aus Japan haben einen photonischen Kristall aus Silizium eingesetzt, dessen Struktur sie zuvor gezielt verzerrt hatten, sodass die Zellen des Gitters, die ursprünglich einheitlich im Abstand von 200 Mikrometern angeordnet waren, sich über die Oberfläche hinweg immer stärker verformten. Anschliessend leiteten sie einen Laserstrahl mit einer Frequenz im Terahertz-Bereich hinein.
Geradlinigkeit war nicht gefragt
Der Kristall befand sich in einem Behälter mit einem Eingang, durch den der Laserstrahl auf den Kristall traf, und zwei Ausgängen, die oberhalb und unterhalb der Eingangsöffnung angeordnet waren. Wäre der Strahl nicht abgelenkt worden, hätte er den Behälter nicht verlassen können, weil in gerader Richtung keine Ausgangsöffnung vorhanden war. Der Strahl fand dennoch den Weg nach aussen, und zwar durch die untere Ausgangsöffnung. Das bedeutet, dass er seine Geradlinigkeit eingebüsst hatte.
«Eine solche Strahllenkung in der Ebene im Terahertz-Bereich könnte in der 6G-Kommunikation genutzt werden», sagt Masayuki Fujita, Assistenzprofessor für Materialwissenschagften. 6G ist der kommende Standard für die Mobilfunkkommunikation und bedeutet «sechste Generation». Derzeit wird 5G realisiert. (pte/mc/ps)