Marco Rahm,

Fraunhofer IPM c/o TU Kaiserslautern, TERATEC Gruppe

THz Metamaterialien und Transformationsoptik

Metamaterialien sind künstliche Medien, die aufgrund ihrer designbaren elektromagnetischen Eigenschaften das Potenzial besitzen, das Gebiet der modernen Optik zu revolutionieren. Sie bestehenden aus plasmonischen Basisstrukturen, deren Größe sehr viel kleiner ist als die Wellenlänge des Lichtes im Medium. Dadurch können dem Medium effektive Materialeigenschaften zugeordnet werden, da die Lichtwelle das Material als nahezu homogen auffasst. Zu den beeindruckendsten Phänomenen, die bisher mit Hilfe von Metamaterialien demonstriert werden konnten, gehören die negative Brechung und die elektromagnetische Tarnkappe. Während die Forschung auf dem Gebiet der Metamaterialien für den Mikrowellenbereich bereits so weit vorangeschritten ist, dass erste direkte Anwendungen auf den Markt gekommen sind (Rayspan, Netgear Wireless Router), sieht man sich bei höheren Frequenzen noch sehr großen Herausforderungen gegenüber. Diese beschränken sich nicht nur auf die immensen Anforderungen an die Fabrikationstechniken, sondern beinhalten auch prinzipielle Beschränkungen, wie z. B. das Auftreten hoher Absorption der Metalle bei hohen Frequenzen.

Ein vielversprechender Frequenzbereich im Hinblick auf metamaterialbasierte optische Komponenten mit Anwendungspotenzial stellt der THz-Frequenzbereich dar. Im Rahmen des Vortrags wird gezeigt, dass Metamaterialien so designt werden können, dass sie eine wohldefinierte, spezifische Funktionalität im THz-Bereich aufweisen. Als konkrete Beispiele werden THz-Bandpassfilter, Wellenplatten und Meta-Oberflächen zur Leitung von Oberflächen-Polaritonen diskutiert. Als adaptive Optik wird zudem ein elektronisch gesteuerter THz-Modulator vorgestellt. Am Ende des Vortrags soll abrundend eine kurze Einführung in das Gebiet der sogenannten Transformationsoptik mit Metamaterialien stehen.