Natuurkundigen van de Universiteit Twente en de Stichting FOM maken lichtgolven tijdens hun voortplanting zichtbaar. Het beeld dat ontstaat doet denken aan bewegende rimpels op een wateroppervlak.

Licht bestaat uit golven, alleen zijn deze nooit te direct te zien. FOM-onderzoeker Marcello Balistreri promoveerde 13 oktober op onderzoek naar een techniek om de voortplanting van licht wel direct te bestuderen. Balistreri ontwikkelde een nieuwe optische variant van de rastertunnelmicroscoop (scanning tunneling microscope). In het nieuwe apparaat tast niet een naald maar een glasvezelkabeltje van vijftig nanometer in doorsnede het oppervlak af. Het glasvezelkabeltje beweegt zich op minder dan twintig nanometer afstand boven een structuur waar zich licht doorheen verplaatst.

Er is veel onderzoek gaande naar licht als drager van informatie. Lichtdeeltjes (fotonen) zijn veel efficiënter in het transporteren en verwerken van allerlei soorten signalen dan elektronen. Onderzoekers in Twente zijn met name geïnteresseerd in de voortplanting van licht in kleine vaste structuren, zoals fotonische kristallen en optische geleiders. In het MESA+-instituut in Twente hebben ze voor het onderzoek een optische golfgeleider gebruikt als modelsysteem. Deze bestaat uit een richel van Si3N4 op een ondergrond van SiO2. Door de richel laten de onderzoekers een bundel rood laserlicht lopen. Door de aanwezigheid van glasvezel lekken fotonen uit de golfgeleider. De glasvezel tast de golfgeleider af en vangt die weglekkende fotonen. Als ze aan de andere kant de glasvezel uitkomen, mengen ze zich met een bundel laserlicht. Dit laserlicht heeft exact dezelfde golflengte als het laserlicht dat de onderzoekers door de golfgeleider sturen. Er ontstaat dan een interferentiepatroon (‘de rimpels op het water’) dat precies laat zien hoe de toppen van de lichtgolven in de golfgeleider zich voortplanten.

Hoe mRNA de behandeling van ziekten verandert, van griep tot kanker
LEES OOK
Hoe mRNA de behandeling van ziekten verandert, van griep tot kanker

Het bijzondere aan de nieuwe techniek is dat de onderzoekers nu zowel de helderheid als de fase van de lichtgolven kunnen meten. Op deze manier kunnen alle aspecten van de voortplanting van licht door de geleider worden vastgelegd. Verstoringen van het licht door structuurfouten in de golfgeleider zijn nu direct zichtbaar te maken en te lokaliseren. “Als optische golfgeleiders niet werken, is het tot nu toe heel erg lastig om te achterhalen wat er nu precies fout gaat,” meldt Balistreri. “Met onze techniek kunnen we daar wat aan doen.”