Een licht schijnen door ondoorzichtige materialen lijkt onmogelijk. En toch, Onderzoekers van het Debye Institute for Nanomaterials Science (Universiteit Utrecht) en de Universiteit Twente zijn erin geslaagd om de transmissie van licht door een ondoorzichtig materiaal te vergroten door het langs speciale paden te laten schijnen. Dit zou kunnen leiden tot een beter begrip van het transport van licht door materialen zoals huid. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het prestigieuze tijdschrift Optica Express op 7 november, 2016.

Lichtdiffusie is een fenomeen dat optreedt wanneer lichtgolven in contact komen met een oneffen oppervlak of in een object met een inhomogene structuur. Deze diffusie maakt het onmogelijk om door de huid te kijken, papier of wolken, bijvoorbeeld. Deze materialen zijn grotendeels ondoorzichtig, en slechts een klein percentage van het licht kan er doorheen doordringen. En toch hebben deze materialen open kanalen, speciale paden door het materiaal die de lichtgolven kunnen volgen, hoe dik het materiaal ook is. Utrechtse PhD student Jeroen Bosch heeft deze open kanalen gelokaliseerd om veel meer licht door een ondoorzichtig materiaal te sturen.

Pingpong met licht

Om te ontdekken hoe het licht precies op het materiaal moet worden geprojecteerd, de onderzoekers "speelden pingpong" met het licht. "We sturen het licht willekeurig door het materiaal, en dan gebruiken we gegevens over de verstrooiing van het licht om het op een iets andere manier langs hetzelfde pad te sturen, " legt Bosch uit. "Op die manier er gaat meer licht door het materiaal." Door het proces meerdere keren te herhalen - het licht heen en weer door het materiaal sturen - ontdekten de onderzoekers welke vorm de lichtgolf moet hebben om zich een weg door het materiaal te banen.

Alle kleuren zijn anders

De vorm van het golffront – de voorrand van de lichtgolf – bepaalt de mate waarin het licht door het materiaal kan dringen. En de optimale vorm van het golffront is voor elke lichtkleur anders. "Het principe werkt voor alle golflengten, maar voor elke golflengte, er is maar een enkele vorm van een golffront die werkt, " zegt Bosch. "Als je de vorm van het golffront vastlegt en vervolgens de golflengte verandert, je ziet dat er steeds minder licht door het materiaal dringt."

Deze kennis van golflengteafhankelijkheid van open kanalen levert de onderzoekers een meting op voor de 'padlengte' van deze open kanalen. Hoe lang reist het licht langs zo'n speciaal pad? Het antwoord op deze vraag geeft inzicht in het transport van licht door diffuse materialen, wat erg handig is om in en door dergelijke materialen te kijken.