Uno de los desafíos de la microscopía óptica es aumentar continuamente la potencia de la imagen, o resolución. En los últimos trescientos años impares, los científicos han estado construyendo microscopios cada vez mejores. El límite, por mucho tiempo, fue determinada por sólo dos factores:el contraste del objeto que se ve, y el poder de resolución de la óptica en el microscopio. Los últimos 50 años en particular, han provocado una explosión de técnicas para mejorar tanto el contraste del objeto como la calidad de la óptica.

Una de esas tecnologías se llama superlente. El superlente hace uso de algunas de las peculiaridades de las ondas para poder resolver detalles que de otro modo estarían ocultos a la vista. Ahora, Investigadores de la Universidad de Nanjing en China han publicado resultados sobre una matriz de guías de ondas que proporciona muchos de los beneficios de un superlente. Junto con eso, la matriz de guías de ondas no tiene las dificultades tecnológicas que normalmente se asocian con la fabricación de superlentes.

Esa lente es super

Para entender los superlentes, ayuda a comprender cómo se forma una imagen. Comencemos con algo como la cabeza de un alfiler sobre un fondo sin rasgos distintivos. Cuando la luz brilla sobre el alfiler, se esparce en todas direcciones. Los detalles de la imagen se mantienen en la intensidad y las direcciones en las que se dispersa la luz. Sin embargo, las lentes tienen un tamaño limitado, limitando la cantidad de luz capturada. La imagen que se reconstruye a partir de la luz capturada por la lente no tendrá los detalles transportados por la luz que nunca llegó a la lente. Nuestra imagen es imperfecta.

Para las mejores características, no hay un ángulo en el que una lente pueda capturar la luz, porque la luz no viaja. En lugar de, la ola muere rápidamente (exponencialmente), y en unas pocas longitudes de onda, la intensidad es muy cercana a cero. Una lente con una distancia de trabajo típica de un microscopio, no capturará estas llamadas ondas evanescentes.

Un superlente está diseñado para capturar estas ondas evanescentes que contienen detalles. Para habilitar eso, la lente debe estar construida con un metamaterial que tenga un índice de refracción negativo (los materiales normales tienen un índice de refracción positivo). Sin embargo, los metamateriales no son fáciles de hacer, y no funcionan bien. La mayor parte de la luz que incide en un superlente se refleja en él, mientras que internamente, las sustancias que se utilizan para crear el metamaterial absorben mucha luz. Por eso, la lente captura detalles finos, pero el contraste de la imagen es deficiente.

Aquí es donde entra en juego el trabajo de Song y sus compañeros de trabajo. Su lente consiste en una serie de guías de ondas que se colocan muy cerca unas de otras. Cada guía de ondas captura la luz justo enfrente de la abertura de la guía de ondas. La luz se transporta al otro extremo de la matriz de guías de ondas, donde se utiliza para (en principio) recrear una imagen.

Control de flujo de guía de ondas

Las guías de onda muy espaciadas no transportan imágenes. Cuando las guías de ondas están muy juntas, la luz fluye de una guía de ondas a otra. Una imagen será completamente aleatoria si se transporta en una densa matriz de guías de ondas.

Para solucionar este problema, los investigadores explotaron cómo funciona el acoplamiento entre las guías de ondas. En guías de ondas rectas y paralelas, el acoplamiento entre las matrices se puede representar mediante un número positivo fijo. Este número da la fracción de luz que intercambia guías de ondas en función de la distancia. Sin embargo, si las guías de ondas son paralelas, pero serpentea como una ola, entonces el acoplamiento puede ser negativo.

Para ser más concreto:imagine dos guías de ondas que estén juntas y rectas. La luz entra en una guía de ondas y se propaga a la segunda a una velocidad dada por la constante de acoplamiento. Entonces la luz entra en el meandro, que tiene un coeficiente de acoplamiento que tiene el mismo tamaño, pero es negativo. Esta sección deshace la propagación exactamente para que toda la luz salga por la misma guía de ondas por la que entró.

Los investigadores demostraron este efecto con una serie de 13 guías de ondas. Demostraron que la luz saldría constantemente de la guía de ondas a la que estaba acoplada, a pesar de la mezcla severa en la sección recta.

Este es solo el comienzo de la historia. Las imágenes se pueden construir escaneando la matriz de guías de ondas. La resolución se puede aumentar aún más reduciendo la apertura de las guías de ondas.

La estructura demostrada tiene otros usos. Los circuitos ópticos integrados para informática y comunicaciones son, en comparación con los sistemas electrónicos, grande. El espaciado viene dictado por la necesidad de controlar el acoplamiento entre guías de ondas vecinas. Esta investigación muestra cómo tener guías de ondas de alta densidad sin acoplamientos no deseados. En el final, que podría encontrar aplicaciones más extendidas que las imágenes de alta resolución.