Ein Forschungsteam der University of Rochester hat ein neues optisches Element entwickelt und demonstriert, das die Helligkeit und Bildqualität von Augmented-Reality-Brillen (AR-Brillen) signifikant verbessert und AR-Geräte dadurch portabler und praktischer macht. „Aktuelle AR-Headsets weisen häufig Probleme wie ihre Größe, kurze Akkulaufzeit und geringe Helligkeit auf, insbesondere im Freien“, so Nick Vamivakas, der Leiter der Forschungsarbeit. „Durch die Optimierung des Display-Eingangsanschlusses versprechen unsere Ergebnisse hellere und energieeffizientere AR-Brillen und letztendlich ein leichtes Tragegefühl, ähnlich wie bei einer herkömmlichen Brille.“ Die zugehörige Studie wurde in der Fachzeitschrift *Optical Materials Letters* veröffentlicht.

Das Forschungsteam entwickelte einen Wellenleiterkoppler mit drei Regionen, dessen Kern aus Metasurface-Materialien besteht, um das herkömmliche Design mit nur einer Region zu ersetzen. Dieser Mehrregionskoppler ermöglicht durch Metasurface-Technologie eine effiziente Lichtablenkung und -fokussierung mit einer Oberflächenstrukturpräzision bis zu einem Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares. Dadurch lassen sich Form und Ausbreitungsweg des einfallenden Lichts präzise steuern. Experimente zeigen, dass der neue Koppler Lichtverluste deutlich reduziert, eine hohe Bildqualität beibehält und Lichtverluste minimiert – ein Hauptgrund für die unzureichende Bildschärfe herkömmlicher AR-Geräte.

„Wir haben die praktische Machbarkeit des Mehrregionen-Designs erstmals experimentell nachgewiesen“, betonte Vamiwakas. „Obwohl der Fokus aktuell auf dem Bereich der Augmented Reality liegt, ist diese effiziente, winkelselektive optische Kopplungstechnologie auch für kompakte Geräte wie Head-up-Displays in der Automobilindustrie, optische Systeme in der Luft- und Raumfahrt sowie fortschrittliche Sensoren anwendbar.“ Die Forschung etablierte zudem einen Optimierungsprozess, der praktische Faktoren wie Materialverluste und nicht-ideale Effizienz berücksichtigt und somit die Grenzen rein theoretischer Modelle überwindet.

Diese Errungenschaft baut auf den vorherigen theoretischen Arbeiten des Teams auf, die gezeigt haben, dass Mehrregionskoppler optimale Effizienz und Bildqualität erreichen können. Fortschritte in der Metasurface-Gittertechnologie ermöglichen die präzise Anpassung von drei Regionen, während fortschrittliche Fertigungsverfahren wie Elektronenstrahllithographie und Atomlagenabscheidung die hochpräzise Herstellung von Nanostrukturen gewährleisten. „Diese Arbeit schließt erstmals die Lücke zwischen idealisierter Theorie und praktischer Anwendung“, resümierte Vamy Vakas.

Weitere Informationen: Pei Xiong et al., „Design and Experimental Verification of High-Efficiency Multi-Region Metasurface Waveguide Couplers“, *Optical Materials Letters* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Optical Materials Letters*