Metamateriaal is dunner dan het licht dat het buigt

Groot is het niet, maar het is tot grootse dingen in staat. Wetenschappers hebben een lens ontworpen die dunner is dan de lichtgolven die het bundelt.

De metamateriaal-lens bestaat uit blokjes van 600 nanometer. Afbeelding: John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences/Harvard University
De metamateriaal-lens bestaat uit blokjes van 600 nanometer.
Afbeelding: John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences/Harvard University

De nieuwe lens is gemaakt van licht-buigende metamaterialen. In de toekomst vervangen dergelijke ontwerpen mogelijk de zwaardere glazen lenzen die we nu vinden in microscopen en telefooncamera’s.

Een conventionele lens is een stuk glas met een gebogen oppervlak. De lens vangt lichtstralen, buigt ze en stuurt ze naar een centraal punt. Het beeld kan beter worden als meerdere lagen glas worden toegevoegd. Deze lagen kunnen zorgen dat vervormingen verdwijnen en dat verschillende golflengten op de juiste manier worden gebogen. Het resultaat van die lagen glas is dat microscopen en telescopen gedeeltelijk worden gelimiteerd door de grootte en het gewicht van de lenzen.

Glazen helmen

‘Virtual reality kent hetzelfde probleem’, zegt Reza Khorasaninejad. Zij ontwierp de nieuwe lens samen met een team onder leiding van Rederico Capasso van de Harvard-universiteit. ‘Mensen die werken aan virtual reality willen dat hun systemen werken in hoge resolutie. Als je met normale lenzen moet werken heb je enorme glazen helmen nodig.’

Daarentegen zijn de metamaterialen die licht buigen kleiner dan de golflengten van de lichtgolven zelf. ‘Onze lens is plat, maar ik noem het virtuele kromming,’ zegt Khorasaninejad.

Scherper beeld

Met een straal elektronen kerfde het team ‘nanofins’ – blokjes van 600 nanometer die samen ’s werelds kleinste Stonehenge vormen – uit een blok titanium. De lens werd geplaatst op en dun plaatje glas dat een stevige onderlaag vormt zonder dat het zelf het licht vervormt. De nanofins zijn in verschillende hoeken geplaatst om gepolariseerd licht op te vangen waardoor ze lichtstralen samentrekken.

De onderzoekers testten drie lenzen die waren afgestemd op rood, groen en violet licht. Elk van deze lenzen leverde een scherper beeld op dan een Nikon microscooplens van 55 millimeter met vergelijkbare optische eigenschappen. En anders dan voorgaande metamateriaallenzen die werken met zichtbare golflengtes, verliest dit ontwerp gaandeweg niet veel licht.

Vlies van een ui, gezien door de nieuwe lens. Afbeelding: John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences/Harvard University
Vlies van een ui, gezien door de nieuwe lens. Afbeelding: John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences/Harvard University

Kleurcorrectie

‘Dit is een heel nieuwe manier om lenzen te maken’, zegt John Pendry van het Imperial College in Londen. Hij vindt dat de nieuwe lenzen niet kunnen concurreren met glazen lenzen omdat glazen lenzen met meerdere kleuren tegelijk kunnen werken. ‘Maar veel toepassingen kunnen ook werken met eenkleurig licht’, zegt hij.

Het team wil het kleurbereik van de lens uitbreiden. ‘De eerste stap was een lens die in ieder geval dingen goed zichtbaar maakt’, zegt Khorasaninejad. ‘De volgende stap is kleurcorrectie.’

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder:

Over de auteur

Joshua Sokol



Plaats een reactie