Diffraktive Optik: Mikrostrukturen als optische Elemente

Abstract Die Optik gehört zu den ältesten Teilgebieten der Physik und hat zu deren Entwicklung immer wieder entscheidend beigetragen. In der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts wurde die Optik durch die aufregenden Entwicklungen in der Quantenmechanik und Elementarteilchenphysik etwas in den Hintergrund (und aus vielen Vorlesungsverzeichnissen hinaus) verdrängt. Die Entdeckung des Lasers vor dreißig Jahren leitete dann eine umso stürmischere Weiterentwicklung der Optik ein. Dies hat zu unzähligen technischen Anwendungen geführt. Das neu gewonnene Verständnis der Natur des Lichtes sowie seiner Wechselwirkung mit der Materie hat ganz wesentlich zu dieser Renaissance der Optik beigetragen. In diesem Aufsatz soll von einem speziellen Aspekt der modernen Optik die Rede sein, der Anwendung neuartiger optischer Komponenten, sog. diffraktiver Optik, welche wesentlich die Beugung des Lichtes ausnutzt. Solche diffraktiven optischen Elemente besitzen typischerweise eine quasi‐zweidimensionale Form, z. B. mikroskopisch fein strukturierte Oberflächen, und zeichnen sich gegenüber den traditionellen refraktiven oder spiegelnden Elementen, wie Linsen und Prismen, zunächst durch ihre Kompaktheit und — dank der Mittel der Mikrofabrikation — leichteren Herstellbarkeit aus. Vor allem aber lassen sich mit diffraktiver Optik grundsätzlich neue optische Funktionen realisieren. Diffraktive Optik ist anwendungsorientiert: Die Beugungserscheinungen werden ausgenutzt, um besonders elegante oder neuartige, mit den Mitteln der refraktiven Optik nicht realisierbare Systeme aufzubauen. Der Einsatzbereich der diffraktiven Optik reicht vom rein wissenschaftlichen Gebrauch in Spektrometern über technische Anwendungen für die optische Kommunikation bis hin zu Gegenständen für den Alltag, wie z. B. Hologramme auf Kreditkarten. Nachdem die Entwicklung erst an ihrem Anfang steht, ist zu erwarten, daß noch viele weitere Verwendungszwecke für diffraktive optische Elemente gefunden werden.