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    Superoscillazione ottica senza onde laterali

    Una coppia di aperture a spigolo vivo simili a luna consente la generazione di punti luminosi di messa a fuoco diffrattivi di dimensioni entro il limite di diffrazione ottica, eliminando le onde laterali lungo il taglio simmetrico. Credito:Yanwen Hu.

    La superoscillazione ottica si riferisce a un pacchetto d'onda che può oscillare localmente in una frequenza che supera la sua componente di Fourier più alta. Questo intrigante fenomeno consente la produzione di onde estremamente localizzate che possono rompere la barriera di diffrazione ottica. Infatti, la superoscillazione ha dimostrato di essere una tecnica efficace per superare la barriera di diffrazione nell'imaging ottico a superrisoluzione. Il problema è che i lobi laterali forti accompagnano i lobi principali delle onde superoscillatorie, che limita il campo visivo e ne ostacola l'applicazione.

    Ci sono anche compromessi tra i lobi principali e i lobi laterali dei pacchetti d'onda superoscillatori:la riduzione delle dimensioni delle caratteristiche superoscillatorie del lobo principale ha il costo di allargare i lobi laterali. Ciò accade principalmente perché la superoscillazione è un fenomeno locale, tuttavia la larghezza complessiva del pacchetto d'onda è maggiore del limite di diffrazione ottica.

    L'ingegneria precisa dell'interferenza dei campi di luce diffratta emessi da nanostrutture complesse può produrre maschere strutturali che consentono una significativa superoscillazione ottica. Ma le maschere strutturali richiedono ottimizzazione e fabbricazione complessa, e il campo luminoso risultante è ancora limitato da lobi laterali ad alta intensità. La produzione di onde superoscillatorie con dimensioni apprezzabili pur mantenendo un campo visivo più ampio è rimasta una sfida fino ad ora.

    Come riportato in Fotonica avanzata , ricercatori dell'Università di Jinan, Canton, Cina, recentemente sviluppato un modo per eliminare, in una certa misura, i compromessi coinvolti nei pacchetti d'onda superoscillatori. Dimostrano, sia sperimentalmente che teoricamente, generazione di punti luminosi superoscillatori senza lobi laterali.

    Generazione di onde ottiche superoscillatorie senza lobi laterali lungo una dimensione. (a) Micrografia elettronica del campione utilizzato per l'esperimento. (b) Misura sperimentale per la propagazione nello spazio libero delle onde superoscillatorie. (c) Distribuzione sperimentale dell'intensità dell'onda di focalizzazione superoscillante nel piano trasversale a z =6,2 μm. (d) Profili di intensità lungo l'asse y (x =0) di (c). L'intera larghezza a metà del massimo è stata indicata sperimentalmente nel pannello. La curva blu rappresenta l'esperimento mentre la curva rossa indica la simulazione. Credito:Hu et al., doi 10.1117/1.AP.3.4.045002.

    Un microdisco centrale con diffrazione cilindrica dà luogo ad un punto luminoso superoscillatorio di dimensioni entro il limite di diffrazione ottica. Una coppia di aperture a spigoli vivi garantisce l'interferenza costruttiva con le onde ad alta frequenza spaziale. Tale interferenza elimina efficacemente i lobi laterali lungo un taglio simmetrico che può essere regolato nel piano trasversale ruotando le aperture a forma di luna.

    Secondo Yanwen Hu, uno studente di dottorato che lavora sotto la supervisione di Zhenqiang Chen nel Dipartimento di ingegneria optoelettronica dell'Università di Jinan, "Grazie al suo design semplice, basato su una fisica chiara, l'apertura a spigoli vivi è un candidato promettente per la realizzazione di onde superoscillatorie."

    Hu spiega inoltre che la diffrazione cilindrica del microdisco centrale produce onde superoscillatorie con forme simili a Bessel. Queste forme consentono alle delicate strutture delle onde superoscillatorie che si propagano nello spazio libero di viaggiare molto più lontano delle onde luminose evanescenti. Secondo Hu, questo intrigante effetto di propagazione della superoscillazione promette una potenziale applicazione nella manipolazione delle nanoparticelle, così come l'imaging a superrisoluzione.


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