Letters 'lezen' door ondoorzichtig matglas

Fysici uit Twente en Amsterdam (amolf-instituut) hadden al eerder gegoocheld met licht en ondoorzichtige materialen. Ze maakten bijvoorbeeld eierschalen en flinters kipfilet ‘doorzichtig’. Dat wil zeggen: ze lieten er een laserlichtbundel netjes doorheen reizen. Maar nu hebben ze dit gegoochel tot een hogere kunst verheven: dwars door ondoorzichtig matglas heen bekijken ze een letter π. Of een ander plat voorwerp (Nature, 8 november).

Met een lichtbundel die op een eierschaal valt, op de huid of op matglas, gebeurt in versterkte mate hetzelfde als met het licht uit koplampen die in de mist schijnen. De lichtbundel waaiert uit tot een diffuse vlek en lost al snel op.

Het pad van een enkele lichtstraal lijkt op dat van een golfbal die een bos in wordt geslagen. Sommige ballen stuiten meteen op een boom (een atoom of molecuul in het materiaal) en kaatsten terug. Een enkeling scheert langs alle bomen en verlaat het bos ongehinderd – maar dat lukt alleen in een smalle strook bos – en de meeste ballen ploffen tussen de bomen neer. Slechts een paar stuiteren alsmaar van boom naar boom tot ze ergens aan de overzijde de bosrand verlaten.

Om die laatste gaat het in het nieuwe onderzoek. Terugvertaald naar licht zorgen deze lichtstralen voor een onregelmatig en onbekend patroon van lichte en donkere plekken achter het matglas (dat 3 tot 5 micrometer dik was). Sterker, als dat spikkelpatroon op een voorwerp valt, keert een deel van het aan dat voorwerp weerkaatste licht ook terug door het matglas.

Kunnen we, was de vraag, uit dat nóg diffusere teruggekeerde licht afleiden wat er achter het matglas staat? Terwijl spikkelpatroon én voorwerp dus onbekend zijn?

De truc uit het verleden was om eerst een bekend voorwerp achter het matglas te zetten, om dan met hulp daarvan alle lichtpaden te reconstrueren, en om daarna die informatie te gebruiken om het onbekende voorwerp te identificeren. Maar nu wilden de fysici het zonder zo’n kunstgreep proberen. Dat lukte dankzij Jacopo Bartolotti en Elbert van Putten die in oude vakbladen op een methode uit de astronomie en kristallografie stuitten.

De crux is dat het spikkelpatroon niet verandert maar verschuift wanneer je de laserbundel onder een iets andere hoek op het matglas richt. Zo konden de fysici het onbekende patroon steeds een stukje over het onbekende voorwerp laten schuiven. Dat voorwerp hadden ze bovendien fluorescerend gemaakt: dan konden ze het gele fluorescentielicht snel onderscheiden van toevallig in het matglas teruggekaatst groen laserlicht. Met veel wiskunde en statistiek toverden zij toen een kleine π tevoorschijn. En een fluorescerend plakje plantenwortelstok.

En ja, het is maar een beginnetje. Maar het resultaat, oordeelt Nature, geeft vaart aan de ontwikkeling van technieken om met licht door de huid en door weefsels te kijken.

Margriet van der Heijden