Je leest:

Wazige lens werkt beter

Wazige lens werkt beter

Auteur: | 15 februari 2010

Er zit een limiet aan de precisie waarmee een lens licht kan bundelen. Die limiet blijkt, aldus Twentse en Amsterdamse onderzoekers, flink op te schalen te zijn. Niet door een nog perfectere lens, maar juist door halfdoorzichtige lenzen te gebruiken. Het onderzoek werd onlangs in Nature Photonics gepubliceerd.

Als je een scherpe afbeelding ergens van wilt maken, moet je licht focusseren. Hoe kleiner je focuspunt, hoe scherper je afbeelding wordt. In hele goede apparaten zitten hele dure, superprecieze lenzen. Maar er is een limiet aan de grootte van het focuspunt, en aan die diffractielimiet valt niet te tornen.

Of toch? Wetenschappers van het Twentse MESA+-instituut en het Amsterdamse AMOLF bedachten een omweg om licht nog veel krachtiger samen te bundelen dan met de beste lens mogelijk is. Ze gebruikten daarvoor een idee dat eigenlijk heel onlogisch lijkt: in plaats van mooi, doorzichtig glas maakten ze hun lens met behulp van troebele stoffen.

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.

De voorwerpen waar de onderzoekers hun lenzen van bouwen hebben als eigenschap dat ze licht verstrooien. Het licht valt op de stof en botst tegen de kleine deeltjes in het verder doorzichtige materiaal aan. Daardoor stuitert het licht heen en weer, tot het ergens een uitgang tegenkomt. Het pad dat het licht in de stof af gaat leggen is niet te voorspellen, maar door met de plaats en de hoek van inval te spelen kan je het gedrag wel achterhalen.

Dit verschijnsel werd door dezelfde wetenschappers al eerder aan het licht gebracht. Ze maakten gebruik van verstrooiing om door ondoorzichtige stoffen heen te kunnen kijken.

Verstrooiende materialen, zoals witte verf, of een pepermuntje, zijn een doolhof voor licht: het licht verstrooit en verandert steeds van richting. Omdat licht een golfverschijnsel is, kunnen we het van meerder kanten tegelijk het doolhof in sturen. Nadat het licht meerdere malen van richting verandert, verlaat de lichtgolf het doolhof op weer meerdere plaatsen tegelijk, maar nu zeer scherp gefocusseerd. Juist de richtingsverandering in het doolhof zorgt er voor dat het licht uiteindelijk beter te focusseren is.
Stichting FOM – MESA+

Door een verstrooiende stof, zoals verf of poeder, tussen een gewone lens en het focuspunt van de lens in te zetten, zo blijkt uit het onderzoek, kan het focus veel kleiner worden dan met alleen de lens. Dat komt doordat het licht in het verstrooiende ‘doolhof’ geen last heeft van de diffractielimiet.

Toepassingen van de nieuwe vinding zullen in de microscopie en de nanotechnologie te vinden zijn, waar kleiner altijd beter is. Het opheffen van verstrooiing geldt als een van de interessantste onderzoeksgebieden in de optica, omdat het wetten opschaalt die tot voor kort onwrikbaar leken.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 februari 2010
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.