ENGINEERINGNET.BE - Een gebogen lens breekt het licht wanneer het het glas binnenkomt, en opnieuw wanneer het het glas verlaat. Zo kunnen we dingen groter of dichterbij doen lijken dan ze in werkelijkheid zijn.
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam en van Stanford University in Californië hebben echter een platte lens ontwikkeld, die licht focust met behulp van diffractie in plaats van breking.
Hiervoor gebruikten ze een enkele laag van een uniek materiaal, wolfraamdisulfide, om een platte lens te maken van een halve millimeter breed en slechts 0,0000006 millimeter dik, ofwel 0,6 nanometer. Daarmee is het de dunste lens op aarde.
De lens is gemaakt van concentrische ringen van wolfraamdisulfide met gaten ertussen. Dit ontwerp maakt het tot een zogeheten ‘Fresnel-lens’ of ‘zoneplaatlens’, dat werkt op basis van diffractie.
De grootte en afstand tussen de ringen, vergeleken met de golflengte van het licht dat erop valt, bepalen de afstand van het brandpunt tot de lens. Het hier gebruikte ontwerp focust rood licht op 1 mm van de lens.
Een uniek kenmerk van deze lens is dat de focusefficiëntie afhankelijk is van quantumeffecten in het wolfraamdisulfide. Door deze effecten kan het materiaal efficiënt licht absorberen en opnieuw uitzenden op bepaalde golflengten.
Dit werkt als volgt: wolfraamdisulfide absorbeert licht door een elektron naar een hoger energieniveau te tillen. Door de ultradunne structuur van het materiaal blijven het negatief geladen elektron en het positief geladen ‘gat’ dat het in het atoomrooster achterlaat met elkaar verbonden door de elektrostatische aantrekkingskracht tussen de twee.
Het elektron en het gat vormen samen een exciton. Deze excitonen verdwijnen snel doordat het elektron en het gat weer samensmelten en licht uitzenden. De lens wordt efficiënter dankzij dit opnieuw uitgezonden licht.
De wetenschappers ontdekten een duidelijke piek in de lensefficiëntie voor de specifieke golflengten van het licht dat door de excitonen werd uitgezonden. Hoewel het effect al zichtbaar is bij kamertemperatuur, zijn de lenzen nog efficiënter als ze zijn afgekoeld. Dit komt doordat excitonen hun werk beter doen bij lagere temperaturen.
Een ander uniek kenmerk van de lens is dat, hoewel een deel van het licht een fel brandpunt vormt, het meeste licht er ongeroerd doorheen gaat. Dit opent nieuwe deuren voor gebruik in technologieën van de toekomst, zoals brillen voor augmented reality.
