Att skina ett ljus genom ogenomskinliga material verkar omöjligt. Och ändå, forskare vid Debye Institute for Nanomaterials Science (Utrecht University) och University of Twente har lyckats öka ljusöverföringen genom ett ogenomskinligt material genom att lysa det längs speciella vägar. Detta kan leda till en bättre förståelse för transport av ljus genom material som hud. Forskarna publicerade sina resultat i den prestigefyllda tidskriften Optik Express den 7 november, 2016.

Ljusdiffusion är ett fenomen som uppstår när ljusvågor kommer i kontakt med en ojämn yta eller i ett föremål med en inhomogen struktur. Denna spridning gör det omöjligt att se genom huden, papper eller moln, till exempel. Dessa material är i stort sett ogenomskinliga, och bara en liten andel av ljuset kan tränga igenom dem. Och ändå har dessa material öppna kanaler, speciella vägar genom materialet som ljusvågorna kan följa, oavsett hur tjockt materialet är. Utrecht Ph.D. studenten Jeroen Bosch har hittat dessa öppna kanaler för att skicka mycket mer ljus genom ett ogenomskinligt material.

Pingis med ljus

För att exakt upptäcka hur ljuset ska projiceras på materialet, forskarna "spelade pingis" med ljuset. "Vi skickar ljuset genom materialet på ett slumpmässigt sätt, och sedan använder vi data om spridningen av ljuset för att skicka det längs samma väg på ett något annorlunda sätt, "Förklarar Bosch." På det sättet, mer ljus passerar genom materialet." Genom att upprepa processen flera gånger – skicka ljuset fram och tillbaka genom materialet – upptäckte forskarna vilken form ljusvågen måste ha för att ta sig igenom materialet.

Alla färger är olika

Vågfrontens form - ljusvågens framkant - bestämmer i vilken grad ljuset kan tränga igenom materialet. Och den optimala formen på vågfronten är olika för varje ljusfärg. "Principen fungerar för alla våglängder, men för varje våglängd, det finns bara en enda form av vågfront som fungerar, "säger Bosch." Om du fixar formen på vågfronten och sedan ändrar våglängden, du ser att allt mindre ljus tränger igenom materialet. "

Denna kunskap om våglängdsberoende av öppna kanaler ger forskarna en mätning för "banlängden" för dessa öppna kanaler. Hur länge färdas ljuset längs en sådan speciell väg? Svaret på denna fråga ger insikt i transport av ljus genom diffusiva material, vilket är extremt användbart för att titta in i och genom sådana material.