Moderne toepassingen zoals microsopie met hoge resolutie of materiaalverwerking op micro- of nanoschaal vereisen aangepaste laserstralen die niet veranderen tijdens de voortplanting. Dit vormt een enorme uitdaging, aangezien licht zich doorgaans verbreedt tijdens de voortplanting, een fenomeen dat bekend staat als diffractie. Zogenaamde propagatie-invariante of niet-diffracterende lichtvelden lijken daarom op het eerste gezicht niet mogelijk. Als het mogelijk zou zijn om ze te produceren, ze zouden nieuwe toepassingen mogelijk maken, zoals lichtschijfmicroscopie of lasergebaseerd snijden, frezen of boren met hoge aspectverhoudingen.

Een internationaal onderzoeksteam van de universiteiten van Birmingham (VK), Marseille (Frankrijk) en Münster (Duitsland) zijn er nu voor het eerst in geslaagd om willekeurige niet-diffracterende bundels te creëren. "We implementeren een aanpak geïnspireerd door de natuur, waarin elke gewenste intensiteitsstructuur kan worden gespecificeerd door zijn grenzen, " legt een van de auteurs van de studie uit, Prof. Cornelia Denz van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde aan de Universiteit van Münster. De auteurs maken slim gebruik van lichtstructuren die te zien zijn in regenbogen of wanneer licht door drinkglazen wordt doorgelaten:spectaculaire straalstructuren die caustics worden genoemd. Het zijn heldere focuslijnen die elkaar overlappen, en daardoor netwerken te bouwen die kunnen worden benut voor niet-diffracterende voortplanting. Het team ontwikkelde een methode om deze bijtende stoffen te gebruiken als basis voor het genereren van willekeurige structuren, en heeft zo een intelligente manipulatie van de straalvoortplanting gecreëerd. Op deze manier, talloze nieuwe soorten laserstralen kunnen worden gevormd op micrometerschaal, het openen van volledig nieuwe perspectieven in de verwerking van optische materialen, multidimensionale signaaloverdracht of geavanceerde beeldvorming met hoge resolutie.

Slechts een paar jaar geleden was het mogelijk om enkele lichtvelden te realiseren die deze niet-diffracterende eigenschappen vertonen, ook al is het theoretische idee ouder:concentrische ringstructuren zoals de Bessel-bundel zouden op een voortplantingsinvariante manier kunnen worden geproduceerd. De theorie voorspelt een hele klasse van bundels waarvan de transversale vorm wordt gegenereerd op elliptische of parabolische banen en die natuurlijke oplossingen van de golfvergelijking vertegenwoordigen. Hoewel er al lang behoefte is aan dergelijke op maat gemaakte lichtbundels met deze eigenschappen, ze zijn nauwelijks experimenteel geproduceerd omdat de invariantie van de transversale intensiteitsstructuur tijdens de voortplanting moet worden gehandhaafd.