Kanskje har du selv sett at fargen på en sommerfugl forandrer seg etter hva slags vinkel du betrakter den fra?

Hos enkelte typer sommerfugl skyldes denne effekten ikke bare at fargepigmentene på vingen reflekterer lyset, men mikroskopiske strukturer i vingen som sender lyset i forskjellige retninger.

Dette kalles diffraksjon. Når en lysbølge treffer en overflate vil den bøye seg eller spre seg utover avhengig av om den treffer et hinder eller finner en åpning. Lys med forskjellige farger (bølgelengder) spres i forskjellige retninger.

Enkelte typer tropisk sommerfugl er eksperter på å reflektere lys, og bruker for eksempel vingene sine til å kommunisere over større avstander ved å reflektere ultraviolett lys.

Det er ørsmå strukturer av hår i vingene som sørger for dette, så små at de er i nanoskala. Disse strukturene har fascinert forskere lenge, og man har forsøkt å etterligne dem for å lage alt fra bedre mobilskjermer, solceller og svindelsikre bankkort.

Sommerfuglinspirert gjenvinnings-optikk

Denne effekten har også forskere imitert for å lage bedre optikk for et mikrospektrometer (lysmåler) som brukes til å skille ulike materialer fra hverandre.

Optikken blir brukt i store gjenvinningsstasjoner som TOMRA lager for kjøpesentre i England.

– Forskjellige plastmaterialer absorberer infrarødt lys forskjellig. Når man sender lys gjennom et objekt kan vi bestemme hva slags material det er laget av ved å studere bestemte infrarøde bølgelengder og se hvor mye lys som er blitt absorbert, forklarer forsker Hallvard Angelskår.

Til sin doktorgrad har han sammen med SINTEF videreutviklet optikken i slike gjenvinningsstasjoner. Systemet de har jobbet med har et diffraktivt optisk element med overflatestrukturer som er under en tusendels millimeter store.

– Det optiske elementet er designet spesielt for å kunne filtrere de infrarøde bølgelengdene, og sorterer og fokuserer lys på en detektor i automaten.

Problematisk plast

Et annet eksempel på diffraksjon ser på ”datasiden” av en CD-plate. Mønsteret på CD-platen sprer lyset i forskjellige retninger og lager et regnbuemønster.

Optikken i sorteringsautomatene ble tidligere laget av plast, i nettopp en maskin som er laget for å trykke CD-plater. Men plast viste seg å være et problematisk materiale.

– Sorteringsautomatene vi lager optikken for står utendørs utenfor , og må derfor kunne tåle store temperatursvingninger, noe plast ikke gjør. SINTEF kom derfor fram til at sillisium var et bedre materiale.

Kronglete mikroproblemer

En del av arbeidet har vært å finne ut hva slags nanostruktur som reflekterer lys best mulig samtidig som den er billig å produsere. Angelskår og hans kolleger forsøkte flere forskjellige strukturer, men noen av dem viste seg å skape uheldige bieffekter.

– På den første strukturen vi prøvde så vi for eksempel at lyset ble ”fanget” og ble stående fast og bølge i overflaten av det optiske elementet når vi belyste det fra enkelte innfallsvinkler.

Når man jobber med mikro- og nanooptikk kanslike effekter være vanskelige å forutse, fordi matematikken man stort sett benytter er ganske forenklet.

– Ved å gjøre mer avanserte simuleringer forsto vi hvorfor denne effekten dukket opp, og hvordan vi kunne endre systemet for å unngå den.

– Løsningen ble en å bygge nanoelementene med en trappetrinn-aktig struktur, lakkert med gull for å sørge for bedre reflektering av lyset.

Optikken Angelskår har vært med å utvikle er allerede satt i produksjon og er i bruk i England.