Hay muchos tipos de luz, algunas visibles y otras invisibles para el ojo humano. Por ejemplo, nuestros ojos y cerebro no tienen las herramientas para procesar la luz ultravioleta cuando llega a nuestros ojos, haciéndolo invisible. Pero hay otro tipo de luz que es invisible simplemente porque nunca llega a nuestros ojos. Cuando la luz incide en determinadas superficies, parte de ella se pega y se queda atrás en lugar de ser transmitida o esparcida. Este tipo de luz se llama luz de campo cercano.

Hoy dia, La luz de campo cercano se utiliza principalmente para microscopía de ultra alta resolución, conocidos como microscopios ópticos de barrido de campo cercano (NSOM). Sin embargo, la luz de campo cercano también tiene un potencial sin explotar para la manipulación de partículas, sintiendo y comunicaciones ópticas. Pero dado que la luz de campo cercano no llega a nuestros ojos como lo hace la luz de campo lejano, los investigadores no han desarrollado un conjunto de herramientas completo para aprovechar y manipular el campo cercano.

"Hoy dia, tenemos muchas herramientas y técnicas para diseñar cómo se ve la luz de campo lejano, "dijo Vincent Ginis, profesor invitado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS). "Tenemos lentes, telescopios, prismas y hologramas. Todas estas cosas nos permiten esculpir la luz que se propaga libremente en el espacio ".

Ginis también es profesor en la Universidad Vrije de Brussel.

Ahora, Los investigadores de SEAS han desarrollado un sistema para moldear la luz de campo cercano, lo que abre la puerta a un control sin precedentes sobre este poderoso, tipo de luz en gran parte inexplorado. La investigación se publica en Ciencias .

"A través de los años, nuestro grupo ha desarrollado nuevas técnicas poderosas para estructurar la propagación de la luz utilizando metasuperficies con patrones de sublongitud de onda, "dijo Federico Capasso, el profesor Robert Wallace de física aplicada y el investigador principal Vinton Hayes en ingeniería eléctrica, y autor principal del artículo. "Con este trabajo, mostramos cómo estructurar el campo cercano a distancia, abriendo interesantes oportunidades en ciencia y tecnología ".

Para manipular la luz de campo cercano, Los investigadores desarrollaron un dispositivo en el que la luz confinada a una guía de ondas rebota de un lado a otro entre dos reflectores. Después de cada rebote cambia de modo, lo que significa que se propaga con un patrón espacial diferente. Con múltiples rebotes, estos patrones se suman para generar un perfil complejo de intensidad de luz a lo largo de la guía de ondas. La luz de campo cercano cerca de la superficie de la guía de ondas también cambia. Cuando todos los diferentes patrones de la luz de campo cercano se superponen entre sí, se crea una forma específica. Los investigadores pueden preprogramar esa forma adaptando la amplitud de los modos de la luz que rebota.

"La coexistencia de todos estos modos se puede diseñar para crear paisajes de campo cercano a voluntad en la superficie del dispositivo, "dijo Marco Piccardo, investigador asociado de SEAS y coautor del artículo. "La forma del paisaje está determinada por las propiedades combinadas de la luz en cascada".

"Es un poco como la música, "dijo Ginis." La música que estás escuchando es la superposición de muchas notas o modos ensamblados en patrones concebidos por el compositor. Una nota por sí sola no es mucho, pero en conjunto puedes generar cualquier tipo de música. Mientras la música opera en el tiempo, nuestro generador de campo cercano opera en un espacio tridimensional y el aspecto más intrigante de nuestro dispositivo es que una nota genera la otra ".

En tono rimbombante, este proceso de moldeo ocurre de forma remota, lo que significa que ninguna parte del dispositivo interactúa directamente con la luz de campo cercano. Esto reduce la interferencia, que es importante para aplicaciones como la manipulación de partículas, y es una desviación importante de los métodos locales actuales de esculpir campos cercanos, como hacer brillar la luz sobre puntas metálicas y nanopartículas.

Para demostrar su diseño, los investigadores moldearon la luz de campo cercano en la forma de un elefante. O, más específicamente, un elefante dentro de una boa constrictor, un homenaje al juego de dimensiones del clásico El Principito de Antoine de Saint-Exupéry.

Los investigadores también dieron forma a la luz en una curva, una meseta y una línea recta.

"Esta investigación proporciona un nuevo camino hacia un control tridimensional sin precedentes de la luz de campo cercano, ", dijo Capasso." Es un presagio de los emocionantes descubrimientos y desarrollos tecnológicos que espero que surjan de este trabajo en el futuro ".