Voor het eerst is het natuurkundigen gelukt om licht, zonder bewegende onderdelen, dynamisch te sturen. Door het licht door een minuscule opening te persen, konden de onderzoekers het in willekeurige richtingen sturen. Met dit gecontroleerd ‘kwispelende’ licht kunnen razendsnelle optische schakels gemaakt worden, bijvoorbeeld voor nog sneller internet.
Schakelingen die werken met licht kunnen duizend keer sneller zijn dan elektrische schakelingen. Daarmee kan bijvoorbeeld de internetsnelheid flink worden verhoogd. ‘Nu is internet half optisch. Alleen door de glasvezelkabels beweegt het signaal in de vorm van licht’, zegt Taco Visser van de Vrije Universiteit in Amsterdam, een van de vijf auteurs. ‘Als het signaal onderweg versterkt of ergens heen gestuurd moet worden, dan wordt het omgezet naar een elektrisch stroompje. Dat gaat langzaam en vertraagt het signaal.’
Licht schakelen
Optische schakels werken veel sneller elektrische schakels omdat de frequentie van licht veel hoger is dan die van elektrische signalen. Er kan dus meer informatie per seconde mee verstuurd worden. De onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld om licht supersnel te schakelen zonder mechanische onderdelen.
Het experiment (en een deel van de berekeningen) is uitgevoerd door masterstudent Laura Dreissen. Zij perste het licht van een laser (met een golflengte van 403 nanometer en dus de kleur violet) door een vierkant gaatje. De zijdes van het gaatje zijn ongeveer even groot als de golflengte van het licht. De opening is dus maar een paar honderd nanometer groot. Door die beperkte afmeting kan het licht er maar op drie verschillende manieren doorheen.
De golven van het licht reizen tegelijkertijd op die drie manieren door het gaatje. Door de golf die op de ene manier reist iets later te laten vertrekken dan een golf die op een andere manier reist, vertragen ze ten opzicht van elkaar. Dat zorgt ervoor dat de lichtgolven die uit het gaatje komen elkaar op sommige plekken versterken en op andere uitdoven. ‘Zo kun je, door te spelen met die vertragingen, sturen waar de lichtintensiteit het hoogst is en dus waar het licht heen gaat’, zegt Visser.
Sturen met kristallen
Dat vertragen van lichtgolven doen de onderzoekers met een spatial light modulator, een verzameling kleine kristalletjes. Hoe die kristallen het licht lokaal vertragen, kun je heel precies aansturen door de elektrische spanning erover te veranderen. De onderzoekers kregen het zo voor elkaar om het licht dat uit het gaatje komt onder een hoek van ongeveer 9 graden in alle mogelijke richtingen te sturen. Meer dan 9 graden is ook mogelijk, maar dan wordt de lichtbundel breder en dus minder nauwkeurig.
Het is al langer mogelijk om onderdelen te bouwen die licht in een speciale richting sturen, maar die zijn statisch. Visser: ‘Wij zijn de eersten die het licht dynamisch in een willekeurige richting kunnen sturen, zonder gebruik te maken van bewegende onderdelen. Ons onderzoek is een proof of principle. We hebben aangetoond dat de techniek geschikt is voor toepassingen op nanoschaal, zoals op chips. Het is aan ingenieurs om het op die schaal te maken.’