Zelfs door witte verf vindt licht zijn weg
Speciaal geprepareerd licht beweegt door `open kanalen'
Materialen als melk, papier, witte verf en weefsel zijn ondoorzichtig,
niet omdat ze licht absorberen, maar omdat ze het verstrooien. Maar
hoe sterk de verstrooiing ook is, er is altijd licht doorheen te
krijgen. Dat zegt althans de theorie: onderzoekers Ivo Vellekoop en
Allard Mosk van de Universiteit Twente bevestigen dit vermoeden nu met
experimenten. Door de golfvorm van het licht aan te passen, slagen zij
erin de voorspelde `open kanalen' in het materiaal te vinden waarlangs
het licht kan bewegen. De resultaten staan binnenkort in Physical
Review Letters, en nu al op de toonaangevende websites ScienceNOW en
Physics Today.
In materialen die een wanordelijke structuur hebben, wordt invallend
licht in alle mogelijke richtingen verstrooid. In een ondoorzichtige
laag treedt zoveel verstrooiing op dat er `aan de achterkant'
nauwelijks licht uit komt. Toch heeft zelfs een sterk verstrooiend
materiaal kanalen waarlangs licht wèl optimaal kan voortbewegen. Dat
kan alleen als het licht aan strikte randvoorwaarden voldoet: dan
kunnen de verstrooide lichtgolven elkaar versterken op weg naar de
uitgang.
Altijd een open kanaal
Door de golfvorm van het licht te manipuleren, slagen Vellekoop en
Mosk erin, deze open kanalen aan te boren. Ze gebruikten een
ondoorzichtige laag van het witte pigment zinkoxide dat schilders als
Van Gogh ook al gebruikten. Van het oorspronkelijke laserlicht dat op
het zinkoxide valt - als een vlakke golf -, wordt slechts een klein
deel doorgelaten. Zoals elke schilder weet: hoe dikker de verflaag,
hoe minder licht erdoor komt. Door informatie over het uittredende
licht te gebruiken om de laser te programmeren, passen de onderzoekers
de golfvorm optimaal aan, om het licht door de open kanalen te
krijgen. Daarvoor worden delen van de invallende golf vertraagd, om
het verstrooide licht precies op de juiste manier te laten
interfereren met andere gedeelten van dezelfde golf. Op die manier
slagen Vellekoop en Mosk erin, de hoeveelheid doorgelaten licht met
maar liefst 44 procent te vergroten. Zoals de theoretici voorspelden,
zijn altijd open kanalen te vinden, en is hun transmissie bovendien
onafhankelijk van de dikte van het materiaal.
Links: het licht valt als een vlakke golf op de ondoorzichte verflaag,
er wordt weinig doorgelaten. Rechts is de golfvorm aangepast en wordt
het licht helder doorgelaten: de open kanalen zijn gevonden..
De resultaten zijn zeer opmerkelijk: hoewel het bestaan van open
kanalen theoretisch al wel bekend was, leek het tot nu toe te complex
om het licht zodanig te manipuleren dat die kanalen ook echt waren te
vinden in het materiaal. Dankzij betere lichtgeleiding in
ondoorzichtige materialen wordt het in de toekomst misschien beter
mogelijk te kijken in materialen die tot nu toe hun geheimen niet
prijsgaven: bijvoorbeeld in medische afbeeldingstechnieken. Een
belangrijke parallel bestaat met de geleiding van elektronen in zeer
dunne draadjes, zoals die op halfgeleiderchips voorkomen. Ook
elektronen, die zich volgens de kwantummechanica als golven gedragen,
verplaatsen zich door dezelfde open kanalen.
Ook is te denken aan andere golfvormen dan licht, bijvoorbeeld
radiogolven voor mobiele communicatie: is het bereik te verbeteren
door de golfvorm aan te passen?
Het onderzoek is uitgevoerd in de Complex Photonic Systems groep,
onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT. Het
is gefinancierd door de Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie
(FOM) en door een Vidi beurs van NWO.
Het artikel `Universal optimal transmission of light through
disordered materials' van Ivo Vellekoop en Allard Mosk verschijnt
binnenkort in Physical Review Letters. Ook de website ScienceNOW, van
Science Magazine, heeft een artikel gewijd aan het onderwerp, evenals
de site Physics Today
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053) 4894244
Top
Laatst gewijzigd op 13-08-2008 12:14:30 door Webmaster
Universiteit Twente