Microscoop maakt lichtgolven zichtbaar
Licht bestaat uit golven. Dat is bijna het eerste wat de natuurkunde op school leert. Toch zijn die golven nooit te zien. Alleen langs indirecte weg kan worden aangetoond dat licht een golfverschijnsel is. Natuurkundigen van de Universiteit Twente en de Stichting FOM hebben nu een techniek ontwikkeld waarmee lichtgolven tijdens hun voortbeweging zichtbaar kunnen worden gemaakt. Er ontstaat een beeld dat sterk doet denken aan bewegende rimpels op een wateroppervlak.
De onderzoekers in Twente zijn geïnteresseerd in de voortplanting van licht in kleine materiële structuren, zoals fotonische kristallen en optische golfgeleiders. Lichtdeeltjes of fotonen zijn veel efficiënter in het transporteren en verwerken van allerlei soorten signalen dan elektronen. Dat is de reden dat alom onderzoek gaande is naar licht als drager van informatie. Het is van groot belang om dan goed te begrijpen hoe licht zich voortplant in die kleine structuren. FOM-onderzoeker Marcello Balistreri promoveert op 13 oktober aanstaande in Twente op onderzoek naar een techniek om de voortplanting van licht in detail te kunnen bestuderen. Daarvoor heeft hij een nieuwe optische variant van de bekende rastertunnelmicroscoop ontwikkeld. De microscoop bestaat in essentie uit een glasvezelkabeltje van 50 nanometer in doorsnede dat op minder dan 20 nanometer afstand bewogen kan worden boven een structuur waar zich licht doorheen verplaatst.
In het instituut MESA+ in Twente hebben Balistreri en zijn collega's Kobus Kuipers, Jeroen Korterik en Niek van Hulst als modelsysteem voor het onderzoek een optische golfgeleider gebruikt, die bestaat uit een richel Si3N4 van 4 nanometer hoogte en 3 micrometer breedte op een ondergrond van SiO2. Door die richel laten de onderzoekers dan een bundeltje rood laserlicht lopen. Een aantal fotonen lekt uit de golfgeleider door de aanwezigheid van de glasvezel. De glasvezel tast de golfgeleider af en vangt die weglekkende fotonen. Als ze daar aan de andere kant de glasvezel weer uitkomen, worden ze gemengd met een bundeltje laserstraling van exact dezelfde golflengte en fase als het laserlicht dat de onderzoekers door de golfgeleider sturen. Vervolgens mengen de onderzoekers het licht van beide laserbundels. Er ontstaat dan een zogeheten interferentiepatroon ('de rimpels op het water') dat precies laat zien hoe de toppen van de lichtgolven in de golfgeleider zich voortplanten. Het bijzondere van de Twentse microscoop, die in het jargon een interferometrische foton scanning tunneling microscoop wordt genoemd, is dat er tegelijkertijd de fase en de helderheid van het licht in de golfgeleider mee kan worden gemeten. Dat maakt het mogelijk om verstoringen van het licht door structuurfouten in de golfgeleider direct zichtbaar te maken en te lokaliseren. "Als optische golfgeleiders niet werken, is het tot nu toe heel erg lastig om te achterhalen wat er nu precies fout gaat," aldus Balistreri. "Met onze techniek kunnen we daar nu wat aan doen."
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met ir. M. Balistreri of met dr. L. Kuipers, telefoon (053) 489 45 04, b.g.g. 40 02.