Monstergolven temmen
De AMOLF-wetenschappers die samenwerken in een team met onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk en Saoedi-Arabië namen onlangs monstergolven van licht waar en schrijven daar nu over in Nature Physics. Die vondst maakt het in de toekomst wellicht mogelijk de grote lichtintensiteit van monstergolven te benutten voor snellere telecommunicatie of gevoeligere sensoren.
Mythische status
Monstergolven hebben historisch gezien een mythische status, ook op zee. Gigantische golven die opeens opdoemen om net zo snel te verdwijnen, het leek vooral een legende. In 1995 brachten metingen van golven rond boorplatforms duidelijkheid. Eens in de zoveel tijd komt er een golf voorbij die veel hoger is dan me zou verwachten. Is dat met lichtgolven ook het geval?
Om dit te testen, ontwierpen de AMOLF-onderzoekers optische chips met daarop kleine trilholtes waarin zij licht opsloten. De onderzoekers kozen voor zogeheten chaotische trilholtes. Deze zijn niet perfect rond, waardoor het licht ongestructureerd tegen de wanden botst. Het licht in de chaotische trilholte is daarbij gevoelig voor kleine veranderingen van bijvoorbeeld de invalshoek of de lichtkleur. Daardoor planten lichtgolven zich in alle richtingen voort, weerkaatsen ze aan de wanden en creëren ze schijnbaar willekeurige interferentiepatronen. Kortom, de chaotische trilholte bevat een kakofonie van licht.
Om monstergolven van licht te onderzoeken, stuurden de fysici via één kanaal hele korte lichtflitsen de trilholte in. Aan de overzijde plaatsten zij twee of meer ontsnappingskanalen waardoor het licht de holte kon verlaten. De onderzoekers keken zowel met computersimulaties als experimenteel naar het lichtgedrag. Ze zagen dat af en toe op willekeurige posities grote pieken in lichtintensiteit ontstonden: de monstergolven.
Golven laten ontsnappen
De lichtpieken duurden maar heel kort: minder dan 200 femtoseconden (een femtoseconde is een biljardste seconde). De pieken waren ook nog eens heel lokaal, in een gebied met een diameter van ongeveer 200 nanometer (200 miljardsten van een meter). Groepsleider Kobus Kuipers: “Het was fascinerend om met onze microscoop in deze zee van rustig klotsende lichtgolven opeens, schijnbaar uit het niets, zo’n monstergolf te zien ontstaan en deze even snel weer te zien verdwijnen, alsof er niets was gebeurd.”
De onderzoekers slaagden er ook in de monstergolven naar hun hand te zetten. Door bijvoorbeeld de ontsnappingskanalen te verbreden, konden golven ontsnappen mits ze onder de juiste hoek het kanaal wisten te raken. Doordat deze ‘lichtstralen’ konden ontsnappen, nam de kakofonie van het overgebleven licht af. Hierdoor vergrootte de kans dat het licht met zichzelf in de pas ging lopen en dus dat er een monstergolf ontstond.
