L'un des enjeux de la microscopie optique est d'augmenter en permanence la puissance d'imagerie, ou résolution. Au cours des trois cents dernières années, les scientifiques ont construit des microscopes toujours meilleurs. La limite, pendant longtemps, a été déterminé par seulement deux facteurs :le contraste de l'objet vu, et le pouvoir de résolution de l'optique du microscope. Les 50 dernières années, en particulier, ont conduit à une explosion des techniques pour améliorer à la fois le contraste de l'objet et la qualité de l'optique.

Une de ces technologies est appelée superlentille. Le superlentille utilise certaines des particularités des ondes pour pouvoir résoudre des détails qui seraient autrement cachés à la vue. Maintenant, des chercheurs de l'Université de Nanjing en Chine ont publié des résultats sur un réseau de guides d'ondes qui offre de nombreux avantages d'une superlentille. Ainsi que, le réseau de guides d'ondes n'a pas les difficultés technologiques qui sont habituellement associées à la fabrication de superlentilles.

Cet objectif est super

Pour comprendre la superlentille, cela aide à comprendre comment une image se forme. Commençons par quelque chose comme une tête d'épingle sur un fond sans relief. Lorsque la lumière brille sur la broche, il se disperse dans tous les sens. Les détails de l'image sont conservés dans l'intensité et les directions dans lesquelles la lumière est diffusée. Cependant, les lentilles ont une taille limitée, limiter la quantité de lumière captée. L'image qui est reconstruite à partir de la lumière capturée par l'objectif n'aura pas les détails portés par la lumière qui n'a jamais atteint l'objectif. Notre image est imparfaite.

Pour les plus belles fonctionnalités, il n'y a pas d'angle auquel un objectif peut capter la lumière, car la lumière ne voyage pas. Au lieu, la vague meurt rapidement (exponentiellement), et à quelques longueurs d'onde, l'intensité est très proche de zéro. Une lentille, avec une distance de travail typique d'un microscope, ne captera pas ces ondes dites évanescentes.

Un super objectif est conçu pour capturer ces ondes évanescentes qui retiennent les détails. Pour l'activer, la lentille doit être construite à partir d'un métamatériau qui a un indice de réfraction négatif (les matériaux normaux ont un indice de réfraction positif). Cependant, les métamatériaux ne sont pas faciles à fabriquer, et ne fonctionnent pas bien. La majeure partie de la lumière qui frappe un superlentille est réfléchie par celui-ci, alors qu'en interne, les substances qui sont utilisées pour créer le métamatériau absorbent beaucoup de lumière. D'où, l'objectif capture les détails fins, mais le contraste de l'image est médiocre.

C'est là que le travail de Song et de ses collègues entre en jeu. Leur lentille est constituée d'un réseau de guides d'ondes placés très près les uns des autres. Chaque guide d'ondes capte la lumière juste devant l'ouverture du guide d'ondes. La lumière est transportée à l'autre extrémité du réseau de guides d'ondes, où il est utilisé pour (en principe) recréer une image.

Contrôle de flux de guide d'ondes

Les guides d'ondes rapprochés ne transportent pas d'images. Lorsque les guides d'ondes sont rapprochés, la lumière passe d'un guide d'onde à un autre. Une image sera complètement randomisée si elle est transportée dans un réseau dense de guides d'ondes.

Pour contourner ce problème, les chercheurs ont exploité le fonctionnement du couplage entre les guides d'ondes. Dans les guides d'ondes parallèles droits, le couplage entre les réseaux peut être représenté par un nombre positif fixe. Ce nombre donne la fraction de lumière qui permute les guides d'ondes en fonction de la distance. Cependant, si les guides d'ondes sont parallèles, mais serpente comme une vague, alors le couplage peut être négatif.

Pour être plus concret :imaginez deux guides d'ondes rapprochés et rectilignes. La lumière pénètre dans un guide d'ondes et se propage au second à une vitesse donnée par la constante de couplage. La lumière entre alors dans le méandre, qui a un coefficient de couplage qui a la même taille, mais est négatif. Cette section annule l'étalement exactement de sorte que toute la lumière sort du même guide d'ondes qu'elle est entrée.

Les chercheurs ont démontré cet effet avec un réseau de 13 guides d'ondes. Ils ont montré que la lumière sortait systématiquement du guide d'ondes dans lequel elle était couplée, malgré un mélange sévère dans la section droite.

Ce n'est que le début de l'histoire. Les images peuvent être construites en balayant le réseau de guides d'ondes. La résolution peut être encore augmentée en réduisant l'ouverture des guides d'ondes.

La structure démontrée a d'autres utilisations. Les circuits optiques intégrés pour l'informatique et les communications sont, par rapport aux systèmes électroniques, grand. L'espacement est dicté par la nécessité de contrôler le couplage entre guides d'ondes voisins. Cette recherche montre comment avoir des guides d'ondes à haute densité sans couplage indésirable. À la fin, qui pourraient trouver des applications plus répandues que l'imagerie haute résolution.