Nanocilinder helpt bundel led-licht beter richten

Leds, of light emitting diodes, hebben samen met andere typen spaarlampen geleid tot een omwenteling in verlichtingstechniek, die de klassieke gloeilamp op een Europees verbod kwam te staan.

Maar toch viel er nog wel wat aan te verbeteren, namelijk de richting van het licht, stellen Gabriel Lozano van het AMOLF-instituut en Philips Research, samen met collega’s van onder andere de Technische Universiteit Eindhoven in het het nieuwe vakblad Light: Science & Applications.

Leds zenden licht uit in alle richtingen, terwijl toepassingen, van autoverlichting tot richtspots, vaak een gerichte bundel vereisen. Je kunt het licht natuurlijk richten met spiegels of lenzen, maar dat levert extra volume en kosten op, en ook verliezen in efficiëntie.

Lozano en collega’s laten zien dat een laagje van kleine aluminium nanocilinders in een vast rooster, boven de led geplaatst, het licht ook in één richting kan dwingen. Zo’n laagje is klein, goedkoop, en precies op maat te maken, prijzen de onderzoekers hun eigen vinding aan.

Het is een van de eerste, snel toepasbare vondsten uit een nieuw vakgebied: plasmonica. Dat draait om oppervlakteplasmonen, ofwel trillingen van elektronen aan het oppervlak van metalen. In metalen kunnen elektronen vrij bewegen. Plasmonen zijn de golven in de elektronenzee. De afgelopen jaren bleek dat lichtgolven gemakkelijk samen kunnen vloeien met die elektronenzeegolven, om verderop weer los te laten en alleen verder te reizen.

De aluminium cilindertjes van Lozano c.s. hebben een diameter van 140 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter) en een onderlinge afstand van 400 nm. Door de elektronentrillingen werken ze als miniantennes die het licht gemakkelijk opvangen, om het vervolgens weer door te zenden.

Bepalend voor de richtingsgevoeligheid is het verschijnsel dat de trillingen in naburige antennes met elkaar in de pas gaan lopen. Door zulke synchrone collectieve trillingen worden de lichtgolven loodrecht op het vlak versterkt, terwijl licht in andere richtingen juist uitdooft.

Bovenop het antennelaagje ligt een dun laagje kleurstof, dat blauw licht opneemt en weer uitzendt in de vorm van groen en rood licht. Daardoor oogt het resultaat, een combinatie van alle golflengten, wit.