Onzichtbaar licht voor het eerst grijpbaar

Onderzoekers van de Vrije Universiteit Brussel en Harvard zijn er voor het eerst in geslaagd om nabije-veld licht, dat is licht dat aan oppervlakten kleeft, vorm te geven. "Het onderzoek opent de deur naar een ongekende beheersing van dit krachtige, grotendeels onontgonnen type licht. Er is een groot potentieel voor toepassingen in deeltjesmanipulatie, moleculaire detectie en optische communicatie”, aldus Vincent Ginis, hoofdauteur en professor aan de Vrije Universiteit Brussel en gastprofessor aan Harvard. Het onderzoek wordt vandaag gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Science.

Er bestaan vele soorten licht – voor het menselijk oog zijn sommige zichtbaar en andere onzichtbaar. Rood licht en blauw licht, en alle kleuren daartussen, zijn zichtbaar, maar onze ogen kunnen geen UV of infrarood licht verwerken waardoor dit licht voor ons onzichtbaar blijft. En dan is er nog een ander soort licht dat onzichtbaar is omdat het onze ogen simpelweg nooit bereikt. Wanneer licht op bepaalde oppervlakken reflecteert dan blijft er een deel als het ware op kleven. Dit soort licht wordt het nabije-veld licht (“near-field light”) genoemd. Het nabije-veld licht is vrij ongrijpbaar. Vandaag wordt het gebruikt voor ultrahoge-resolutiemicroscopie. Maar het licht heeft een groot potentieel voor toepassingen in deeltjesmanipulatie, moleculaire detectie en optische communicatie. Het nabije-veld licht kan bijvoorbeeld moleculen met subtiele verschillen detecteren en van elkaar scheiden, wat belangrijk is in de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. Het  kan ook de capaciteit van de optische verbindingen in datacenter verhogen. Om deze en andere toepassingen mogelijk te maken is het essentieel om het nabije-veld licht naar wens te kunnen vormgeven.

Om het nabije-veld licht aan een oppervlak te kunnen manipuleren, ontwikkelden de onderzoekers nu een component waarin licht doorheen een golfgeleider beweegt. Hierin stuitert het licht heen en weer. Na elke stuitering verandert het licht van vorm en plant het zich voort met een ander ruimtelijk patroon. Wanneer alle verschillende patronen van het nabije-veld licht over elkaar heen worden gelegd, ontstaat er een specifieke vorm.

“Die specifieke vorm kunnen we gaan voorprogrammeren door de amplitude van de fase van het stuiterende licht aan te passen," volgens Ginis. "Het is een beetje als muziek. De muziek die je hoort bestaat uit een rij van vele noten die door een componist in patronen zijn samengevoegd. Het geluid van één noot alleen is erg vlak, maar met veel noten samen kun je prachtige muziek genereren. Terwijl muziek in de tijd werkt, werkt onze licht-component in een driedimensionale ruimte. Het extra intrigerende aspect van onze techniek is dat de ene noot als het ware de andere genereert."  Om het ontwerp te demonstreren, structureerden de onderzoekers het nabije-veld licht in de vorm van een olifant. Of, meer specifiek, een olifant in een boa-constrictor, of een hoed. Een eerbetoon aan de klassieker “Le petit prince” van Antoine de Saint-Exupéry.

"We beschikken al over veel werktuigen en technieken om vrije lichtstralen te manipuleren. Er bestaan lenzen, telescopen, prisma's en hologrammen. Deze rijke toolbox kunnen we nu beginnen aanvullen met werktuigen die het nabije-veld licht vormgeven,” besluit Ginis.

Contact:

Vincent Ginis

Vincent.ginis@vub.be

0495 21 31 63