Licht door ondoorzichtig materiaal heen laten schijnen: het lijkt onmogelijk.
Toch zijn onderzoekers van het Debye Institute for Nanomaterials Science en de Universiteit Twente erin geslaagd om de transmissie van licht door een ondoorzichtig materiaal te vergroten, door het licht langs speciale paden te schijnen. De ontdekking kan leiden tot een beter begrip van lichttransport door bijvoorbeeld de huid. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het toonaangevende tijdschrift Optics Express.
Lichtverstrooiing is een fenomeen dat optreedt als lichtgolven terechtkomen op een oneffen oppervlak of in een object met een oneffen structuur. Die verstrooiing maakt het onmogelijk om door bijvoorbeeld je huid, papier of wolken heen te kijken. Deze materialen zijn grotendeels ondoorzichtig: slechts een klein deel van het licht kan erdoorheen. Toch hebben ook deze materialen open kanalen, speciale paden door het materiaal die lichtgolven kunnen volgen, hoe dik het materiaal ook is. De Utrechtse promovendus Jeroen Bosch is erin geslaagd om deze open kanalen te vinden en zo veel meer licht door een ondoorzichtig materiaal heen te sturen.
Pingpong met licht
Om te ontdekken hoe het licht precies op het materiaal geschenen moet worden, speelden de onderzoekers pingpong met licht. “We sturen het licht op een willekeurige manier door het materiaal, en gebruiken gegevens over de verstrooiing van dit licht om het vervolgens op een net andere manier via hetzelfde pad terug te sturen”, vertelt Bosch. “Hierdoor komt er meer licht door het materiaal heen.” Door dit proces een aantal keer te herhalen – door het licht heen en weer door het materiaal te sturen – ontdekten de onderzoekers welke vorm een lichtgolf moet hebben om door het materiaal heen te komen.
Alle kleuren zijn anders
De vorm van het golffront – de voorkant van de lichtgolf – is dus bepalend voor de mate waarin het licht door materiaal heen komt. En die optimale vorm van het golffront is voor elke kleur licht weer anders. “Het principe werkt voor alle golflengtes, maar per golflengte is er één vorm van het golffront waarvoor het werkt”, aldus Bosch. “Als je de vorm van het golffront vastzet en vervolgens de golflengte verandert, zie je dat er steeds minder licht door het materiaal heen komt.” Die kennis over golflengte-afhankelijkheid van open kanalen geeft de onderzoekers een maat voor de “padlengte” van deze open kanalen. Hoe lang is het licht onderweg langs zo’n speciaal pad? Het antwoord geeft inzicht in lichttransport door verstrooiende materialen, wat van groot nut is voor het kijken in en door verstrooiende materialen.
Door licht meerdere malen door een materiaal te sturen, is het mogelijk om een pad te vinden waarbij er veel meer licht door het materiaal komt. Vervolgens meten de onderzoekers hoeveel licht er door dit pad gaat bij verschillende golflengtes.
