Nanolens vertraagt rood laserlicht en kleurt het blauw

Iedereen kent lenzen, al is het maar in de vorm van brillenglazen. Sommige lenzen (negatieve lenzen) laten een lichtbundel uitwaaieren. Andere (positieve lenzen) knijpen lichtbundels juist samen. Maar experts kennen meer soorten: zoals spectrale lenzen die kleurenspectra samenknijpen of laten uitwaaieren. Fysici uit de groep van Kobus Kuipers van het Amolf-instituut in Amsterdam hebben nu met collega’s uit Duitsland en Schotland zo’n spectrale lens gemaakt – met een minuscuul formaat. Het lensje past op een optische chip en heeft details tot op de nanometerschaal (miljoenste millimeter). Het idee is dat het zo op termijn helpt om grote, in licht verpakte, datastromen te regelen en telecommunicatie efficiënter te maken (Phys. Rev. Letters, 20 januari).

Die toepassingen hangen samen met het spectrale karakter van de lens. Een spectrale lens stelt in feite de lichtfrequenties bij, want kleur wordt rechtstreeks door frequentie bepaald. De nanolens van de fysici kneep een puls met een brede band aan roodfrequenties samen tot een nauwe band blauwfrequenties. Razendsnel, want het ging om lichtpulsen van slechts een picoseconde (miljardste milliseconde) lang.

Dat lukte door de lens te maken van een fotonisch kristal. Licht wordt in zo’n kunstmatig kristal gedwongen om langs bepaalde ‘paden’ te reizen. Met een slim ontworpen kristal kunnen fysici de snelheid van een lichtpuls zo enorm vertragen – in dit geval zelfs honderd keer. Dat geeft ze de tijd om intussen de brekingsindex van het kristal aan te passen, door het met een tweede laser te belichten. Cruciaal want juist die brekingsindex zorgt voor kleurverandering.

Maar: het vergt een grotere aanpassing om relatief langgolving rood licht blauw te maken, dan relatief kortgolvig rood licht. Daarom bedekten de fysici tijdelijk het midden van het fotonisch kristal – zodat het licht van de tweede laser daar minder effect had. Zo veranderden ze de brekingsindex het meest aan de randen van het kristal. Precies goed, want juist daarlangs reist het langgolvig rode licht dat de grootste aanpassing vergt.

Het verkleinen van de ‘bandbreedte’ van een rode lichtpuls naar een smalle blauwe band, kan telecommunicatie efficiënter maken. De tijdelijke vertraging kan bovendien helpen datastromen te beheersen – zoals een stoplicht op een kruispunt.

Margriet van der Heijden