Vergelijkbaar met het oog van een orkaan, natuurkundigen van onderzoeksinstituut AMOLF, de Universiteit van Amsterdam en de Universiteit van Texas in Austin, licht hebben gevangen in het oog van een optische vortex. Het onderzoek wordt op 4 juni gepubliceerd ^e in het topjournaal Natuurfotonica .

"Het licht kan in elke richting bewegen, maar doet dat niet, ', zegt onderzoeker Hugo Doeleman van de AMOLF-groep Resonant Nanophotonics en de Universiteit van Amsterdam. 'Het is een vreemd fenomeen. Het is alsof je licht opsluit in een gevangenis met onzichtbare muren." Dit fenomeen, die de beroemde natuurkundigen Von Neumann en Wigner in 1929 voorspelden voor elektronen, bleek ook bij licht voor te komen. In onderzoeksjargon het wordt een gebonden toestand in het continuüm (BIC) genoemd. Een BIC treedt op wanneer lichtgolven worden opgevangen en ergens blijven zonder iets dat hun beweging tegenwerkt. "Het licht zou kunnen ontsnappen, maar het doet dat niet, ’, zegt Doeleman.

In 2014, een groep onderzoekers van MIT, Harvard, en Yale voorspelde dat deze BIC's het centrum zijn van een soort optische vortex. Doeleman en zijn collega's Wouter den Hollander en Femius Koenderink hebben het bestaan ​​van zo'n draaikolk nu experimenteel bewezen. Ze slaagden erin een BIC te maken en aan te tonen dat het licht wordt gevangen in een polarisatievortex, zoals voorspeld:het licht wordt gevangen in het oog van de storm. De onderzoekers uit Amsterdam werkten nauw samen met twee onderzoekers uit de Verenigde Staten, Francesco Monticone (nu aan de Cornell University) en Andrea Alù (nu aan de City University of New York) om te begrijpen hoe de vortex het licht vangt.

Om een ​​BIC te maken, er is een monster nodig met twee optische kanalen die inkomend laserlicht verstrooien. Het bij AMOLF geproduceerde monster bestond uit een rij miniatuur siliciumnitridestaafjes op een dun glasmembraan. Vanwege de interferentie veroorzaakt door de structuur van het monster, er ontstaat een vortexvorm in de polarisatierichting van het licht. Dit gebeurt rond het punt waar het licht wordt opgevangen:het oog. Het team ontwikkelde een model dat laat zien wat er in hun steekproef is gebeurd. "Het model laat zien dat deze onzichtbare muur, die het licht niet kan passeren, ontstaat precies wanneer de lichtgolven die door de twee kanalen worden verstrooid, destructief interfereren. Dit is precies de toestand die het oog van de storm definieert."

Het meest opvallende is dat de vortex de BIC robuust maakt, zegt Doeleman. "Zolang er een draaikolk is, er is een oog. Kleine onvolkomenheden kunnen de vortex verplaatsen of vervormen, maar het oog beweegt mee. Vergelijkbaar met wanneer een orkaan beweegt, het oog beweegt mee. Pas als de vortex helemaal verdwijnt, verdwijnt ook de BIC." Dat is handig voor toepassingen in de fotonica, omdat het betekent dat de BIC tolerant is voor aberraties die altijd voorkomen.

Op langere termijn, BIC's kunnen nuttig zijn om kleine lasers te vervaardigen. Doeleman:"Om een ​​goede laser te maken, je moet licht een tijdje kunnen opvangen en concentreren." Zo'n kleine laser kan dan op een fotonische chip worden geplaatst. "Echter, dat is iets voor de langere termijn. Voor nu, we zijn vooral gefascineerd door het feitelijke fenomeen. We staan ​​aan het begin om te ontdekken wat BIC's kunnen doen."