Lensloos brandpunt

Een nieuw soort lens kan licht samenpersen in een veel kleiner brandpunt dan conventionele optische instrumenten zouden kunnen. Chips met nog kleinere details komen zo in beeld, evenals draadloos energietransport.

Gewone optica heeft een beperking bij het scherpstellen: het brandpunt wordt nooit kleiner dan de helft van de golflengte van het licht. Geen probleem bij kiekjes, wel lastig bij het maken van chips via fotografische processen. Naarmate de structuren kleiner moeten worden, is licht met steeds kleinere golflengtes nodig, tot ultraviolet aan toe.

Natuurkundigen aan de universiteit van Michigan in Ann Arbor zijn erin geslaagd deze ‘diffractielimiet’ te doorbreken. Ze doen het met microgolven in plaats van licht. Maar de methode zou vrij eenvoudig zijn aan te passen.

De lens die ze hebben gemaakt, is familie van de ‘metamaterialen’ die op deze plek een maand geleden ter sprake kwamen. Metamaterialen hebben complexe oppervlaktestructuren en zouden in speciale gevallen zelfs onzichtbaarheid mogelijk maken. De wonderlens van Ann Arbor bestaat uit een dunne doorzichtige ondergrond (0,1 mm dik) met een laagje koper. Van het koper wordt een deel weg geëtst zodat in het overblijvende koper condensatoren ontstaan. Als daar elektromagnetische straling doorheen gaat, ontstaan in het koper stromen die de passerende straling op hun beurt beïnvloeden. De onderzoekers hebben de patronen in het koper zo kunnen ontwerpen dat er kort achter de lens een brandpunt ontstaat met een omvang van ongeveer een tiende van de golflengte van de gebruikte microgolven. De resultaten zijn op 25 april gepubliceerd in Science.

De lens is een plat vlak; er is één cruciaal materiaal (het koper) en er is maar één bewerkingsstap nodig: het etsen van de condensatoren. Dat maakt het fabriceren van optische onderdelen relatief eenvoudig. Volgens Anthony Grbic, de leider van het team in Michigan, is de procedure makkelijk aan te passen voor andere elektromagnetische golven zoals licht.

De huidige mijlpaal is vorig jaar zomer min of meer aangekondigd door Robert Merlin, nu mede-auteur van Grbic. Tegenover New Scientist verklaarde Merlin toen, op grond van theoretisch werk, dat hij licht verwachtte te kunnen concentreren in een gebied niet groter dan een vijfhonderdste van de golflengte. Of in een lijn. „Waarschijnlijk kan ik ‘Universiteit van Michigan’ schrijven”, pochte Merlin. Dat laatste blijft nog even een ambitie.

Het scherper focussen van licht leidt al snel tot speculaties over levensverlenging van de huidige manier van chipfabricage. Dat is ook nu het geval. Maar toevallig heeft het manipuleren van microgolven, wat hier in eerste instantie is gelukt, ook z’n toepassingen. Die liggen op het gebied van het draadloos opladen van accu’s. De technieken die daarvoor nu bestaan vereisen dat oplader en accu bijna contact met elkaar maken. Alternatieve methodes voor het op afstand opladen van gadgets kunnen mogelijk ook profiteren.

Dit is een rubriek over nieuwe technologie. Zie voor meer afleveringen nrc.nl/techno