Valoa läpi kannon ja kiven

Valokuvio kulkee läpinäkymättömän aineen läpi ja heijastuu aineen takana olevaan ilmaisimeen.

Utrechtin yliopiston ja TU Wienin tutkijat luovat erityisiä valoaaltoja, jotka voivat tunkeutua jopa läpinäkymättömien materiaaleihin läpi ikään kuin kyseistä ainetta ei olisikaan.

Miksi sokeri ei ole läpinäkyvä? Koska sokerinpalaan tunkeutuva valo siroaa, muuttuu ja taipuu erittäin monimutkaisella tavalla.

Kuten tutkimusryhmä TU Wienistä ja Utrechtin yliopistosta on nyt pystynyt osoittamaan, on olemassa joukko hyvin erikoisia valoaaltoja, joihin tämä ei päde: mihin tahansa tiettyyn epäjärjestyneeseen väliaineeseen, kuten sokerikuutiolle voidaan rakentaa räätälöityjä valonsäteitä, joita tämä väliaine ei käytännössä muuta, ainoastaan vain vaimentaa.

Turbulentin veden pinnan aallot voivat saada äärettömän määrän erilaisia muotoja ja samalla tavalla valoaaltoja voidaan tehdä myös lukemattomissa eri muodoissa. "Kukin näistä valoaaltokuvioista muuttuu ja taipuu hyvin erityisellä tavalla, kun lähetät sen vähemmän järjestyneen väliaineen kautta", kertoo professori Stefan Rotter TU Wienin teoreettisen fysiikan instituutista.

Stefan Rotter kehittää yhdessä tiiminsä kanssa matemaattisia menetelmiä tällaisten valonsirontavaikutusten tutkimiseen. Valon sironnan väliaineena tutkijat käyttivät sinkkioksidin kerrosta - läpinäkymätöntä, valkoista jauhetta täysin satunnaisesti järjestetyistä nanohiukkasista", kertoo kokeellisen tutkimusryhmän johtaja Allard Mosk.

Ensin kerros on karakterisoitava tarkasti. Tarkkoja valosignaaleja sinkkioksidijauheen läpi heijastaen ja ilmaisimesta mitaten voidaan päätellä, miten kaikki muut aallot muuttuvat tässä väliaineessa. Sitten voi laskea, mitkä aaltokuviot tämä sinkkioksidikerros muuttaa, ja mitä ei, aivan kuin aaltojen sironta puuttuisi kokonaan tästä kerroksesta.

Aiemmin tällaiseen temppuun käytettiin ballistisia fotoneja, joilla on sirontavapaa eteneminen, mutta ne ovat erittäin harvinaisia, eikä mikään tunnettu menetelmä ole pystynyt kasvattamaan niiden osuutta.

"Kuten pystyimme osoittamaan, on olemassa hyvin erityinen valoaaltojen luokka - ns. sironta-invariantit valotilat, jotka tuottavat täsmälleen saman aaltokuvion ilmaisimessa riippumatta siitä, lähetettiinkö valoaalto ilman läpi vai pitikö sen tunkeutua monimutkaiseen sinkkioksidikerrokseen", kertoo professori Stefan Rotter.

Tätä menetelmää valomallien löytämiseksi, jotka tunkeutuvat kohteeseen suurimmaksi osaksi epäjärjestyneesti, voitaisiin käyttää esimerkiksi kuvantamiseen.

"Tapa, jolla valoaalto tunkeutuu esineeseen, riippuu paitsi aallonpituudesta myös aaltomuodosta" sanoo valoaaltojen etenemisen tietokonesimulaatioista työstänyt Ph.D. opiskelija Matthias Kühmayer." Jos haluat kohdistaa valon kohteen sisäpuolelle tietyissä kohdissa, menetelmä avaa täysin uusia mahdollisuuksia. Pystyimme osoittamaan, että lähestymistapamme avulla myös sinkkioksidikerroksen sisäistä valonjakoa voidaan ohjata erikseen." Tämä voi olla mielenkiintoista biologisissa kokeissa, esimerkiksi, jos haluat tuoda valoa hyvin tarkkoihin pisteisiin, jotta voit katsoa syvälle solujen sisälle.

Aiheesta aiemmin:

Fyysikot luovat aikakäänteisiä optisia aaltoja

Topologista valon kulkua