La limite de diffraction, également connu sous le nom de limite de diffraction d'Abbe en optique, pose un grand défi dans de nombreux systèmes qui impliquent la dynamique des vagues, comme l'imagerie, astronomie, et photolithographie. Par exemple, le meilleur microscope optique ne possède qu'une résolution d'environ 200 nm, mais la taille physique du procédé de photolithographie avec un laser excimer est de l'ordre de dizaines de nanomètres. Pendant ce temps, les tailles physiques dans la recherche et les applications actuelles en biologie et dans l'industrie des semi-conducteurs ont été réduites à plusieurs nanomètres, ce qui est bien au-delà de la capacité des ondes optiques.

Selon la théorie d'Abbe, les caractéristiques de sous-longueur d'onde sont généralement associées à des ondes évanescentes, qui décroissent exponentiellement avec la distance de la cible. En réponse à ce problème, les chercheurs ont développé de nombreuses façons de contourner la limite d'Abbe, montrant le succès dans différentes applications. Dans un cas, le prix Nobel de chimie 2014 a été décerné à Eric Betzig, Stefan W. Hell, et William E. Moerner, pour leurs contributions au développement de la microscopie à fluorescence super-résolue pour la recherche en sciences de la vie.

Actuellement, il existe deux approches principales pour surmonter la limite de diffraction en optique :le champ proche et le champ lointain. L'approche en champ proche utilise un balayage de pointe nanométrique sur l'échantillon et interagit directement avec ces champs évanescents. En tant qu'approche de numérisation, il fournit des images haute fidélité mais prend toujours du temps. D'autre part, approches lointaines, telles que la microscopie à déplétion par émission stimulée (STED), microscopie de reconstruction optique stochastique (STORM), et microscopie à illumination structurée (SIM), sont basés sur un marquage fluorescent, en les limitant à des applications plus larges, par exemple, dans l'industrie des semi-conducteurs. Une approche plus fondamentale est nécessaire, une approche exempte de balayage en champ proche et de nanofabrication ainsi que de fluorophores.

Une équipe de chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai a récemment développé une méthode alternative pour briser la limite de diffraction d'Abbe et réaliser une imagerie sous-longueur d'onde de manière entièrement optique. Comme indiqué dans Photonique avancée , ils proposent des illuminations localisées à ondes évanescentes, qui sont excités à la surface du silicium par mélange à quatre ondes, un processus optique non linéaire du troisième ordre. De telles ondes excitées aident à réaliser une super-résolution grâce à la manière dont elles diffusent une partie des champs évanescents de la cible dans le champ lointain. En faisant varier les vecteurs d'onde des ondes excitées, des parties d'orientations différentes dans le spectre de Fourier peuvent alors être obtenues. Combiné à une technique de reconstruction itérative appelée ptychographie de Fourier, ces multiples pièces spectrales de Fourier peuvent être empilées, récupérer un spectre de Fourier élargi qui inclut des champs évanescents, réalisant ainsi une imagerie de super-résolution dans le champ lointain.

Sonder les ondes évanescentes autour d'une cible, l'équipe réalise sans label, imagerie sous-longueur d'onde sans balayage dans le champ lointain. Les auteurs notent que leurs résultats sont également prometteurs pour un nouveau type de mécanisme de photolithographie à haute résolution :l'interférence constructive de telles ondes évanescentes en champ proche excitées peut focaliser la lumière en de minuscules points bien en dessous de la limite de diffraction.