Je leest:

Laser kijkt dwars door papier

Laser kijkt dwars door papier

Auteur: | 11 juli 2007

Ivo Vellekoop en Allard Mosk van de Universiteit Twente laten een laser ongestoord door papier schijnen. Met een speciale modulator gaan de natuurkundigen de verstrooiing van de lasergolven tegen. Daardoor ontstaat achter het materiaal een scherpe lichtpunt in plaats van een diffuse lichtvlek. De onderzoekers kunnen met hun truc door papier, bloemblaadjes, een eierschaal en zelfs een melktand schijnen, schrijven ze in de prestigieuze Optics Letters.

Een dia óp een vel papier projecteren: geen probleem. Maar eráchter? Papier laat wel licht door, maar verstrooit het ondertussen ook in alle richtingen. Daardoor is de oorspronkelijke bundel nauwelijks herkenbaar achter een ondoorzichtig materiaal. Natuurkundigen Ivo Vellekoop en Allard Mosk bedachten dat je een speciaal filter kunt ontwerpen om zulke verstrooiing tegen te gaan. Filter en materiaal heffen elkaars invloed op en de laserbundel schijnt daarna door het materiaal alsof het er niet is.

Verstrooiing van een laserbundel zorgt voor dit karakteristieke speckle pattern. bron: Johannes Keppler Universiteit, Linz.

Gehusseld

De Twentse truc werkt alleen met een laser: een lichtbundel met licht van maar één golflengte. De lichtgolven in een laser lopen precies in de pas. Die regelmaat gebruiken Vellekoop en Mosk om de verstrooiing door een barrière in kaart te brengen. Schijnt de laser op een eierschaal of ander ondoorzichtig materiaal, dan worden de lichtgolven afgebogen en door elkaar gehusseld. Voor de verstrooiing bewogen de lichtgolven nog allemaal tegelijk op en neer, maar achter de barrière zijn ze wanordelijk door elkaar gehusseld.

Lichtverstrooiing zorgt door zelfversterking en uitdoving ( interferentie) voor een karakteristiek spikkelpatroon, uniek voor precies dát stukje van dát materiaal. Door in kaart te brengen hoe het materiaal de lasergolf verstoort, kunnen Vellekoop en Mosk de verstrooiing tegengaan. Slim doorrekenen van het spikkelpatroon vertelt hoeveel verschillende delen van de lasergolf door heen en weer kaatsen in het materiaal achter zijn gaan lopen op de ongestoorde golf: faseverschuiving.

Om de invloed van het doelwit ongedaan te maken leiden de natuurkundigen hun laser eerst door een modulator. Die gooit de lichtgolven ook door elkaar gooit, maar precies omgekeerd aan het effect van het plaatje materiaal waarop ze richten. De verstrooiing door de modulator en die van het materiaal heffen elkaar op. Alsof je in de auto tegenstuurt om de duw van een windvlaag te compenseren. Achter de barrière komt alle energie van de bundel weer netjes bijeen. Vellekoop en Mosk laten zien dat ze daar zelfs mee kunnen spelen: naar smaak focust de bundel zijn energie in een of zelfs vijf beeldpunten.

Anti-verstrooiing

(a) Witte materialen verstrooien een invallende lichtbundel. De structuur van het materiaal zorgt ervoor dat de lichtgolven een willekeurige wandeling maken door het materiaal. Als het licht uit het materiaal komt is het diffuus en heeft geen bepaalde richting. Wanneer laserlicht gebruikt wordt, ontstaat een volledig onvoorspelbaar interferentiepatroon. (b) Door het golffront exact te laten passen op het medium werkt het ondoorzichtige materiaal als een lens die zeer scherp licht focusseert. bron: FOM. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Verstrooiing was voor wetenschappers altijd eenrichtingsverkeer: geen mens die de talloze weerkaatsingen en breking van licht in zelfs maar een velletje papier kan volgen. Met de meting achter het obstakel hebben de twee Twentse natuurkundigen een weg om dat probleem gevonden. Ze hopen dat hun techniek medische diagnostiek kan verbeteren. In verder onderzoek willen ze uitvogelen of hun techniek licht door ondoorzichtig weefsel kan loodsen. Dan is het misschien zelfs mogelijk om individuele cellen te belichten: een echte kijkoperatie.

Ivo Vellekoop en Allard Mosk, Focusing coherent light through opaque strongly scattering media, Optics Letters.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 juli 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.