Een van de uitdagingen van optische microscopie is om het beeldvermogen voortdurend te vergroten, of resolutie. In de afgelopen driehonderd oneven jaren, wetenschappers hebben steeds betere microscopen gebouwd. De grens, voor een lange tijd, werd bepaald door slechts twee factoren:het contrast van het object dat wordt bekeken, en het oplossend vermogen van de optica in de microscoop. De laatste 50 jaar, vooral, hebben geleid tot een explosie van technieken om zowel het contrast van het object als de kwaliteit van de optica te verbeteren.

Een dergelijke technologie wordt een superlens genoemd. De superlens maakt gebruik van enkele van de eigenaardigheden van golven om details op te lossen die anders aan het zicht zouden worden onttrokken. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Nanjing University in China hebben resultaten gepubliceerd over een golfgeleiderarray die veel van de voordelen van een superlens biedt. Samen Daarmee, de golfgeleiderarray heeft niet de technologische problemen die gewoonlijk worden geassocieerd met de fabricage van superlenzen.

Die lens is super

Om de superlens te begrijpen, het helpt om te begrijpen hoe een beeld wordt gevormd. Laten we beginnen met zoiets als de punt van een speld tegen een kleurloze achtergrond. Als er licht op de pin schijnt, het verspreidt zich in alle richtingen. De details van het beeld worden vastgehouden in de intensiteit en richtingen waarin het licht wordt verstrooid. Echter, lenzen hebben een beperkte grootte, beperking van de hoeveelheid opgevangen licht. Het beeld dat wordt gereconstrueerd uit het licht dat door de lens is vastgelegd, heeft niet de details die worden gedragen door het licht dat de lens nooit heeft bereikt. Ons imago is onvolmaakt.

Voor de beste functies, er is geen hoek waaronder een lens het licht kan opvangen, omdat het licht niet reist. In plaats daarvan, de golf sterft snel (exponentieel), en binnen een paar golflengten, de intensiteit is zeer dicht bij nul. een lens, met een werkafstand die typisch is voor een microscoop, zullen deze zogenaamde verdwijnende golven niet opvangen.

Een superlens is ontworpen om deze verdwijnende golven die details vasthouden vast te leggen. Om dat mogelijk te maken, de lens moet zijn gemaakt van een metamateriaal met een negatieve brekingsindex (normale materialen hebben een positieve brekingsindex). Echter, metamaterialen zijn niet gemakkelijk te maken, en niet goed presteren. Het meeste licht dat op een superlens valt, wordt erdoor gereflecteerd, terwijl intern, de stoffen die worden gebruikt om het metamateriaal te maken, absorberen veel licht. Vandaar, de lens legt fijne details vast, maar het beeldcontrast is slecht.

Hier komt het werk van Song en collega's om de hoek kijken. Hun lens bestaat uit een reeks golfgeleiders die heel dicht bij elkaar zijn geplaatst. Elke golfgeleider vangt licht op van vlak voor de opening van de golfgeleider. Het licht wordt naar het andere uiteinde van de golfgeleiderarray getransporteerd, waar het wordt gebruikt om (in principe) een afbeelding opnieuw te creëren.

Golfgeleider stroomregeling

Dicht op elkaar staande golfgeleiders transporteren geen beelden. Als golfgeleiders dicht bij elkaar staan, het licht stroomt van de ene golfgeleider naar de andere. Een beeld zal volledig willekeurig zijn als het wordt getransporteerd in een dichte reeks golfgeleiders.

Om dit probleem te omzeilen, de onderzoekers maakten gebruik van hoe de koppeling tussen de golfgeleiders werkt. In rechte parallelle golfgeleiders, de koppeling tussen de arrays kan worden weergegeven door een vast positief getal. Dit getal geeft de lichtfractie die golfgeleiders verwisselt als functie van de afstand. Echter, als de golfgeleiders evenwijdig zijn, maar slingeren op een golfachtige manier, dan kan de koppeling negatief zijn.

Om concreter te zijn:stel je twee golfgeleiders voor die dicht bij elkaar staan ​​en recht zijn. Licht komt één golfgeleider binnen en verspreidt zich naar de tweede met een snelheid die wordt bepaald door de koppelingsconstante. Het licht komt dan de meander binnen, die een koppelingscoëfficiënt heeft die even groot is, maar is negatief. Deze sectie maakt de verspreiding precies ongedaan, zodat al het licht dezelfde golfgeleider verlaat waarin het is binnengekomen.

De onderzoekers toonden dit effect aan met een array van 13 golfgeleiders. Ze toonden aan dat licht consequent de golfgeleider zou verlaten waarin het was gekoppeld, ondanks ernstige vermenging in het rechte gedeelte.

Dit is nog maar het begin van het verhaal. Beelden kunnen worden opgebouwd door de golfgeleiderarray te scannen. De resolutie kan verder worden verhoogd door de opening van de golfgeleiders kleiner te maken.

De gedemonstreerde structuur heeft andere toepassingen. Geïntegreerde optische circuits voor computers en communicatie zijn, vergeleken met elektronische systemen, groot. De afstand wordt bepaald door de noodzaak om de koppeling tussen naburige golfgeleiders te regelen. Dit onderzoek laat zien hoe golfgeleiders met een hoge dichtheid kunnen worden verkregen zonder ongewenste koppeling. Uiteindelijk, die toepassingen zouden kunnen vinden die meer wijdverbreid zijn dan beeldvorming met hoge resolutie.