Er zijn veel soorten licht, sommige zichtbaar en andere onzichtbaar voor het menselijk oog. Bijvoorbeeld, onze ogen en hersenen hebben niet de middelen om ultraviolet licht te verwerken wanneer het onze ogen raakt, onzichtbaar maken. Maar er is nog een ander type licht dat onzichtbaar is, simpelweg omdat het nooit onze ogen bereikt. Wanneer licht bepaalde oppervlakken raakt, een deel ervan plakt en blijft achter in plaats van te worden overgedragen of verstrooid. Dit type licht wordt nearfield-licht genoemd.

Vandaag, near-field licht wordt meestal gebruikt voor microscopie met ultrahoge resolutie, bekend als de near-field scanning optische microscopen (NSOM). Echter, nabij-veldlicht heeft ook een onbenut potentieel voor deeltjesmanipulatie, voelen, en optische communicatie. Maar aangezien het licht van het nabije veld onze ogen niet bereikt zoals het licht van het verre veld dat doet, onderzoekers hebben geen uitgebreide toolkit ontwikkeld om het nabije veld te benutten en te manipuleren.

"Vandaag, we hebben veel tools en technieken om te ontwerpen hoe far-field licht eruit ziet, " zei Vincent Ginis, een gasthoogleraar aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). "We hebben lenzen, telescopen, prisma's en hologrammen. Al deze dingen stellen ons in staat om vrijelijk voortplantend licht in de ruimte te beeldhouwen."

Ginis is ook professor aan de Vrije Universiteit Brussel.

Nutsvoorzieningen, SEAS-onderzoekers hebben een systeem ontwikkeld om nabij-veldlicht te vormen, waardoor de deur wordt geopend naar ongekende controle over dit krachtige, grotendeels onontgonnen type licht. Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap .

"Door de jaren heen onze groep heeft nieuwe krachtige technieken ontwikkeld om zich voortplantend licht te structureren met behulp van meta-oppervlakken met een subgolflengtepatroon, " zei Federico Capasso, de Robert Wallace Professor of Applied Physics en Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering, en senior auteur van het artikel. "Met dit werk we laten zien hoe we het nabije veld op afstand kunnen structureren, het openen van spannende kansen in wetenschap en technologie."

Om nabij-veldlicht te manipuleren, de onderzoekers ontwikkelden een apparaat waarin licht beperkt tot een golfgeleider heen en weer kaatst tussen twee reflectoren. Na elke bounce verandert het van modus, wat betekent dat het zich voortplant met een ander ruimtelijk patroon. Met meerdere bounces, deze patronen vormen samen een complex lichtintensiteitsprofiel langs de golfgeleider. Het nabije veldlicht nabij het oppervlak van de golfgeleider verandert ook. Wanneer alle verschillende patronen van het nabije veldlicht op elkaar worden gelegd, er ontstaat een bepaalde vorm. De onderzoekers kunnen die vorm voorprogrammeren door de amplitude van de modi van het weerkaatsende licht aan te passen.

"Het naast elkaar bestaan ​​van al deze modi kan worden ontworpen om naar believen nabije veldlandschappen te creëren op het oppervlak van het apparaat, " zei Marco Piccardo, een onderzoeksmedewerker bij SEAS en co-auteur van het papier. "De vorm van het landschap wordt bepaald door de gecombineerde eigenschappen van het vallende licht."

"Het is een beetje zoals muziek, " zei Ginis. "De muziek die je hoort is de superpositie van vele noten of modi die zijn samengesteld in patronen die door de componist zijn bedacht. Eén noot alleen is niet veel, maar samen kun je elk type muziek genereren. Terwijl muziek werkt in de tijd, onze near-field generator werkt in een driedimensionale ruimte en het extra intrigerende aspect van ons apparaat is dat de ene noot de andere genereert."

belangrijk, dit vormproces gebeurt op afstand, wat betekent dat geen enkel deel van het apparaat rechtstreeks in wisselwerking staat met het nabije veldlicht. Dit vermindert interferentie, wat belangrijk is voor toepassingen zoals deeltjesmanipulatie, en is een belangrijke afwijking van de huidige lokale methoden voor het beeldhouwen in de buurt van velden, zoals licht schijnen op metalen tips en nanodeeltjes.

Om hun ontwerp te demonstreren, de onderzoekers vormden bijna-veldlicht in de vorm van een olifant. Of, specifieker, een olifant in een boa constrictor, een hommage aan het spel met dimensies in de klassieker van Antoine de Saint-Exupéry De kleine prins.

De onderzoekers vormden het licht ook in een curve, een plateau en een rechte lijn.

"Dit onderzoek biedt een nieuwe weg naar ongekende driedimensionale controle van nabij-veldlicht, "zei Capasso. "Het is een voorbode van de opwindende ontdekkingen en technologische ontwikkelingen die ik in de toekomst uit dit werk verwacht."