Schakelen van licht met licht

Dit is bereikt door de omgeving van de spleet zó te ontwerpen, dat licht over het oppervlak actief naar het spleetje geleid wordt – met behulp van licht van een andere kleur. De resultaten worden gepubliceerd in Physical Review Letters van 28 maart 2008.

Licht dat door een gaatje of een spleetje met een afmeting kleiner dan de golflengte van dat licht lekt, is in toenemende mate interessant in de fysica, bijvoorbeeld om spectroscopische waarnemingen aan afzonderlijke moleculen te doen. Het is een uitdaging om de transmissie van licht door zeer kleine openingen te beïnvloeden. Je kunt natuurlijk een spleetje breder of smaller maken, maar de mogelijkheid om de transmissie van buitenaf te sturen zonder de grootte van het spleetje te hoeven veranderen is zeer wenselijk, omdat daarmee snelle, actieve controle over de transmissie verkregen kan worden. Dit is essentieel voor het realiseren van snelle, actieve optische componenten waarmee bijvoorbeeld dynamica te volgen is voorbij de diffractielimiet.

In hun publicatie beschrijven de onderzoekers een ingenieuze manier om de transmissie door een sub-golflengte spleetje te beheersen. Ze demonstreerden hun werkwijze voor langgolvig terahertz (THz)-licht; de golflengte daarvan bedraagt 300 micrometer (ofwel 0,3 millimeter). Ze lieten het THz-licht op een spleetje vallen van 40 micrometer breed, aangebracht in het halfgeleidermateriaal silicium. De truc was om groeven te maken in het silicium, evenwijdig aan het spleetje (zie figuur 1). THz-licht dat op die groeven valt, kan zich als oppervlaktegolf voortplanten over het silicium.

Voor gewoon silicium verloopt het ontstaan en het voortplanten van oppervlaktegolven weinig efficiënt. De efficiëntie kan enorm verhoogd worden door het silicium metallisch te maken, dat wil zeggen door elektronen in de geleidingsband te brengen. Dat kan door het silicium met een lichtpuls van een andere golflengte te beschijnen (figuur 1). De lichtpuls slaat het silicium aan en als gevolg daarvan kan het THz-licht zich zo’n tien maal verder over het oppervlak voortplanten dan eerst. Op die manier kan ook THz-licht dat in eerste instantie niet op de spleet viel, die spleet toch bereiken en erdoor kruipen (zie figuur 2). Dit resulteerde in een drievoudige toename van de transmissie.

Het zo gedemonstreerde schakelen van licht met licht in kleine structuren is van belang voor zogeheten nabije- veldmicroscopie en voor spectroscopie. Met name de mogelijkheid om op hele korte tijdschalen (picosecondes) te schakelen maakt dit een aantrekkelijke techniek voor ultrasnelle microscopie.