Gedresseerde laser straalt door ondoorzichtige materialen
Ondoorzichtige materialen zoals witte verf, eierschaal of menselijke
huid maken invallend licht diffuus. Diffuus licht heeft geen richting.
Normaal gesproken is het daarom niet mogelijk om een lichtbundel door
deze materialen heen te schijnen. Onderzoekers van de Stichting FOM en
het Mesa+ instituut van de Universiteit Twente zijn er echter in
geslaagd diffusie juist te gebruiken voor het richten van licht. Met
interferentie lieten ze ondoorzichtige objecten - zoals een eierschaal
- een bundel licht doorlaten of zelfs licht focusseren. Deze techniek
is een stap op weg naar het bekijken van ondoorzichtig weefsel of het
afzonderlijk belichten van diepliggende cellen. Hun resultaten
verschijnen binnenkort in het toonaangevende vakblad Optics Letters.
Licht is een golf. Als je een doorsnede neemt loodrecht op een bundel
licht hebben alle punten op de doorsnede dezelfde fase. Zo'n vlak
noemen we een golffront. Als de lichtbundel op een ondoorzichtig
materiaal zoals een eierschaal valt, verstrooit dit materiaal het
licht. Het golffront raakt verstoord en al snel is de verstoring zo
ernstig dat het licht diffuus geworden is: het heeft geen bepaalde
richting en we kunnen het niet gebruiken om een afbeelding te maken.
Wel zien we een diffuse lichte vlek als we bijvoorbeeld licht door een
eierschaal of papier laten vallen.
Als we ditzelfde experiment uitvoeren met laserlicht, ontstaat een
onvoorspelbaar interferentiepatroon door de manier waarop de
lasergolven op elkaar inwerken: er ontstaan plaatsen met een hogere
intensiteit en met een lagere intensiteit. Laserlicht levert een
scherp interferentiepatroon, ook wel spikkelpatroon genoemd, op omdat
alle golven in de bundel dezelfde golflengte hebben. Dit maakt
laserlicht bijzonder: ook na een paar honderd keer verstrooien is de
fase van het licht nog goed gedefinieerd.
Anti-verstrooiing
De Twentse wetenschappers hebben deze informatie over de fase gebruikt
om de golffronten die het materiaal verlaten glad te strijken en zo de
verstoring op te heffen. Daarmee hebben zij in feite het
verstrooiingsproces omgedraaid. De wetenschappers stuurden de
laserbundel eerst door een modulator. Met deze modulator konden zij
heel nauwkeurig de bundel verstrooien. Vervolgens viel deze
verstrooide bundel op een ondoorzichtig materiaal, dat de lichtbundel
in tegengestelde richting verstrooide. Na honderden keren verstrooien
ontstaat door interferentie een gefocusseerde laserbundel. De
Twentenaren voerden het experiment uit met witte verf, een melktand,
bloemblaadjes, en een eierschaal. Bij elk materiaal hoort een
specifieke instelling van de modulator. Het golffront en het stukje
materiaal passen dus bij elkaar als een sleutel en een slot.
Wetenschappers beschouwden diffusie altijd als een onomkeerbaar
proces. Voor licht hebben de Twentse onderzoekers het
tegenovergestelde nu bewezen. Dit betekent dat het feit dat een
materiaal ondoorzichtig is niet langer een onoverwinnelijke barrière
hoeft te zijn voor bijvoorbeeld microscopie. De Twentenaren gaan deze
techniek nu verder ontwikkelen zodat het mogelijk wordt om binnen in
ondoorzichtig weefsel te kijken of afzonderlijke cellen te belichten.
Voor dit vervolgonderzoek heeft Allard Mosk begin juli een
Vidi-subsidie van NWO toegekend gekregen.
Referentie: Focusing coherent light through opaque strongly scattering
media, Ivo Vellekoop and Allard Mosk,
http://ol.osa.org/upcoming_pdf.cfm?id=80762
Universiteit Twente