Une paire d'ouvertures à bords nets en forme de lune permet la génération d'un point lumineux de focalisation diffractif dimensionné dans la limite de diffraction optique, tout en éliminant les ondulations latérales le long de la coupe symétrique. Crédit :Yanwen Hu.
La superoscillation optique fait référence à un paquet d'ondes qui peut osciller localement à une fréquence dépassant sa composante de Fourier la plus élevée. Ce phénomène intrigant permet la production d'ondes extrêmement localisées qui peuvent briser la barrière de diffraction optique. En effet, la superoscillation s'est avérée être une technique efficace pour surmonter la barrière de diffraction en imagerie optique à superrésolution. Le problème est que des lobes secondaires puissants accompagnent les lobes principaux des ondes superoscillatoires, ce qui limite le champ de vision et gêne l'application.
Il existe également des compromis entre les lobes principaux et les lobes latéraux des paquets d'ondes superoscillatoires :la réduction de la taille de la caractéristique superoscillatoire du lobe principal se fait au prix d'un agrandissement des lobes latéraux. Cela se produit principalement parce que la superoscillation est un phénomène local, pourtant la largeur globale du paquet d'ondes est plus large que la limite de diffraction optique.
Une ingénierie précise de l'interférence des champs lumineux diffractés émis par des nanostructures complexes peut produire des masques structuraux qui permettent une superoscillation optique significative. Mais les masques structurels nécessitent une optimisation et une fabrication complexe, et le champ lumineux résultant est toujours limité par des lobes secondaires de haute intensité. La production d'ondes superoscillatoires avec une taille de caractéristiques appréciable tout en maintenant un champ de vision plus large est restée un défi jusqu'à présent.
Comme indiqué dans Photonique avancée , chercheurs de l'Université de Jinan, Canton, Chine, a récemment développé un moyen d'éliminer, dans une certaine mesure, les compromis impliqués dans les paquets d'ondes superoscillatoires. Ils démontrent, à la fois expérimentalement et théoriquement, génération de taches lumineuses superoscillatoires sans lobes latéraux.
Génération d'ondes optiques superoscillatoires sans lobes secondaires le long d'une dimension. (a) Micrographie électronique de l'échantillon utilisé pour l'expérience. (b) Mesure expérimentale de la propagation en espace libre des ondes superoscillatoires. (c) Distribution expérimentale de l'intensité de l'onde de focalisation superoscillante dans le plan transversal à z =6,2 m. (d) Profils d'intensité le long de l'axe y (x =0) de (c). La pleine largeur à mi-hauteur a été indiquée expérimentalement dans le panneau. La courbe bleue représente l'expérience tandis que la courbe rouge désigne la simulation. Crédit :Hu et al., doi 10.1117/1.AP.3.4.045002.
Un microdisque central à diffraction cylindrique donne naissance à une tache lumineuse superoscillatoire d'une taille comprise dans la limite de diffraction optique. Une paire d'ouvertures à arêtes vives assure une interférence constructive avec les ondes à haute fréquence spatiale. Cette interférence élimine efficacement les lobes latéraux le long d'une coupe symétrique qui peut être ajustée dans le plan transversal en faisant tourner les ouvertures lunaires.
Selon Yanwen Hu, un doctorant travaillant sous la direction de Zhenqiang Chen dans le département de génie optoélectronique de l'université de Jinan, "En raison de sa conception simple, basé sur une physique claire, l'ouverture à arêtes vives est un candidat prometteur pour la réalisation d'ondes superoscillatoires."
Hu explique en outre que la diffraction cylindrique du microdisque central produit des ondes superoscillatoires avec des formes de type Bessel. Ces formes permettent aux structures délicates des ondes superoscillatoires se propageant dans l'espace libre de voyager beaucoup plus loin que les ondes lumineuses évanescentes. Selon Hu, cet effet de propagation intrigant de la superoscillation est prometteur pour une application potentielle dans la manipulation de nanoparticules, ainsi que l'imagerie superrésolution.
