Een donkere mensenhaar transparant maken, of een staafje silicium dat normaal geen licht doorlaat: het lijkt optische tovenarij, maar het is mogelijk door het licht te manipuleren dat erop valt. Het nieuwe fenomeen heet ‘wederzijdse uitdoving en transparantie’ en was tot nu toe vooral een theorie. Onderzoekers van het MESA+ Instituut van de UT laten het effect nu zien met experimenten. Het kan bijvoorbeeld de toepasbaarheid van microscopie vergroten, omdat je ook niet-doorschijnende objecten onder de lens kunt leggen. Het onderzoek staat nu in Physical Review A.
Het effect gaat verder dan de interferentie die we goed kennen, waarin lichtgolven samenkomen en elkaar versterken of uitdoven. Als een lichtgolf door een voorwerp gaat, wordt de golf gesplitst en afgebogen in alle richtingen, waarna deze nieuwe golven ook weer interfereren met de golf die ‘gewoon rechtdoor gaat’. Stuur je nu een tweede lichtgolf, onder een hoek ten opzichte van de eerste, naar hetzelfde voorwerp, dan zou je verwachten dat het afgebogen licht alleen interfereert met het licht dat de afbuiging heeft veroorzaakt. De werkelijkheid is anders: er is ook een samenspel met de andere lichtstraal.
Van een mensenhaar (links) en een siliciumstaafje (rechts) is de transparantie te 'tunen', zodat het ook mogelijk is om de exacte dikte vast te stellen.
Schaduw laten verdwijnen
En daar komt het programmeren van licht, ook wel ‘wave front shaping’ om de hoek kijken. Een bekend voorbeeld, uitgevonden door dezelfde UT-onderzoeksgroep, is het sturen van geprogrammeerd licht door een ondoorschijnend medium, zoals witte verf, waardoor toch een heldere lichtvlek ontstaat aan de achterkant. Zou het nu ook mogelijk zijn om, met de twee lichtgolven die we hebben, het licht zodanig te programmeren dat we kunnen sturen hoeveel licht door een voorwerp gaat en hoeveel eromheen? Dus, kunnen we schaduwen laten verdwijnen of het voorwerp zo transparant maken als we willen? Ja, zeggen de onderzoekers in hun nieuwe publicatie. Het samenspel van de twee golven wordt nu geprogrammeerd om de transparantie te sturen. In hun experimenten laten de onderzoekers zien hoe dit uitpakt voor een menselijke haar of een staafje silicium. Die kunnen volledig transparant worden, of juist nog twee keer zo ondoorzichtig.
Lab-opstelling met de laserlichtbron linksonder en het voorwerp rechtsboven (en uitvergroot). Het licht valt via een stelsel van onder meer beam splitters (BS) en spiegels (M) onder twee verschillende hoeken op het voorwerp.
Deze ‘mutual extinction and transparency’ wordt niet bereikt door afbeeldingen achteraf te manipuleren. De kracht is juist dat het beeld vooráf wordt beïnvloed. Onder een microscoop kijk je bij voorkeur door een voorwerp heen, de nieuwe techniek maakt het mogelijk om ook objecten te bestuderen waarbij ondoorzichtigheid, normaal gesproken, in de weg staat.
Het onderzoek is uitgevoerd in de Complex Photonic Systems groep (COPS), geleid door prof Willem Vos, deel van het MESA+ Instituut van de UT. Het is mogelijk gemaakt door NWO (NWO-TTW ‘Free form scattering objects’) en de Applied Nanophotonics sectie van MESA+.
The paper ‘Observation of mutual extinction and transparency in scattered light’, by Alfredo Rates, Ad Lagendijk, Ozan Akdemir, Allard Mosk and Willem Vos, is gepubliceerd in Physical Review A.
