Fasern mit eingebautem Optohalbleiter lassen sich zu einem Gewebe verflechten

Ein ortsauflösender Lichtsensor deckt eine Fläche von einem Quadratmeter ab

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Aus Optohalbleiter-Fasern lassen sich großflächige, ortsempfindliche Lichtsensoren herstellen. Diese werden allerdings keine Konkurrenzprodukte für CCD- oder CMOS-Bildsensoren werden, die eine sehr viel feinere Ortsauflösung bieten. Solche Fasern lassen sich mit einem Kern aus amorphen Halbleitermaterial, winzigen Drähten aus Zinn und einem Mantel aus Polymeren fertigen.
Ein Gewebe aus Optohalbleitern: Die 650 Mikrometer dicken Fasern sind biegsam und mechanisch unempfindlich, daher lassen sie sich zu einem Gewebe verflechten. Mehrere Schichten dieses Gewebes übereinander könnten sogar die Richtung eines einfallenden Lichtstrahls anzeigen. (Bild: M. Bayindir, MIT)

Elektroingenieure und Physiker des Massachusetts Institute of Technology haben einen Optohalbleiter in eine Lichtleiterfaser eingebaut, also einen Lichtsensor in eine rund ein Meter lange Faser. Wie sie in einem Artikel in der Ausgabe vom 14. Oktober 2004 der Zeitschrift Nature in Band 431 auf Seite 826 berichten, erzeugen die Fasern aus einem einfallenden Lichtstrahl einer bestimmten Wellenlänge ein elektrisches Signal, egal, an welcher Stelle der Strahl auf die Faser trifft. Der Kern der Faser besteht aus amorphem Halbleitermaterial – eine Verbindung aus Arsen, Selen, Tellur und Zinn – kontaktiert mit winzigen Zinn-Drähten.

Diese Fasern lassen sich beispielsweise als zweidimensionaler Lichtsensor technisch nutzen. Dazu haben die Forscher die Fasern zu einem matrixförmigen Gewebe verflochten. Für n*n Bildpunkte sind 2*n Fasern nötig, da die Stränge in zwei aufeinander senkrechten Richtungen – x und y – verlaufen. Bei einer anliegenden Vorspannung fließt unter Beleuchtung ein Strom – allerdings nur für eine fest vorgegebene Lichtwellenlänge, damit das Umgebungslicht nicht stört.

Diese Aufnahme eines Rasterelektronenmikroskops zeigt den Querschnitt der des faserförmigen Lichtsensors: (a) Diese 650 µm dicke Faser hat einen Kern mit 200 µm Durchmesser aus einem amorphen, halbleitenden Stoff mit vier Ausbuchtungen – das sind winzige Leiterbahnen aus Zinn. Um den Kern herum befindet sich eine Schicht aus Polymeren. (b) Ein Multilayer lässt nur eine durch seine Geometrie vorgegebene Lichtwellenlänge von außen nach innen durch. (c) Die vier Leiterbahnen aus Zinn haben einen Querschnitt von 18 mal 32 µm, sie kontaktieren den Kern aus Halbleitermaterial. (Bild: M. Bayindir, MIT)

Detailliertere Informationen zu speziell präparierten Fasern gibt es in einem Konferenzbericht.