Il limite di diffrazione, noto anche come limite di diffrazione di Abbe in ottica, pone una grande sfida in molti sistemi che coinvolgono la dinamica delle onde, come l'imaging, astronomia, e fotolitografia. Per esempio, il miglior microscopio ottico possiede solo una risoluzione intorno ai 200 nm, ma la dimensione fisica del processo di fotolitografia con un laser ad eccimeri è di circa decine di nanometri. Nel frattempo, le dimensioni fisiche nella ricerca e nelle applicazioni attuali in biologia e nell'industria dei semiconduttori si sono ridotte a diversi nanometri, che è ben oltre la capacità delle onde ottiche.

Secondo la teoria di Abbe, le caratteristiche della lunghezza d'onda sono solitamente associate a onde evanescenti, che decadono esponenzialmente con la distanza dal bersaglio. In risposta a questo problema, i ricercatori hanno sviluppato molti modi per aggirare il limite di Abbe, mostrando successo in diverse applicazioni. In un caso, il Premio Nobel 2014 per la Chimica è stato assegnato a Eric Betzig, Stefan W. Inferno, e William E. Moerner, per i loro contributi allo sviluppo della microscopia a fluorescenza super-risolta per la ricerca nelle scienze della vita.

Attualmente, ci sono due approcci principali per superare il limite di diffrazione in ottica:campo vicino e campo lontano. L'approccio del campo vicino utilizza una scansione della punta di dimensioni nanometriche sul campione e interagisce direttamente con quei campi evanescenti. Come approccio di scansione, fornisce immagini ad alta fedeltà ma richiede sempre molto tempo. D'altra parte, approcci in campo lontano, come la microscopia a deplezione di emissione stimolata (STED), microscopia a ricostruzione ottica stocastica (STORM), e microscopia a illuminazione strutturata (SIM), si basano sull'etichettatura fluorescente, limitandoli da applicazioni più ampie, ad esempio nell'industria dei semiconduttori. È necessario un approccio più fondamentale, privo di scansione in campo vicino, nanofabbricazione e fluorofori.

Un team di ricercatori della Shanghai Jiao Tong University ha recentemente sviluppato un modo alternativo per superare il limite di diffrazione di Abbe e realizzare immagini a lunghezza d'onda inferiore in modo completamente ottico. Come riportato in Fotonica avanzata , propongono illuminazioni localizzate ad onde evanescenti, che sono eccitati sulla superficie del silicio mediante miscelazione a quattro onde, un processo ottico non lineare di terzo ordine. Tali onde eccitate aiutano a realizzare la super-risoluzione attraverso il modo in cui disperdono parte dei campi evanescenti del bersaglio nel campo lontano. Variando vettori d'onda di onde eccitate, si possono quindi ottenere parti di diverse orientazioni nello spettro di Fourier. In combinazione con una tecnica di ricostruzione iterativa chiamata tticografia di Fourier, queste più parti spettrali di Fourier possono essere impilate insieme, recuperando uno spettro di Fourier allargato che include campi evanescenti, realizzando così immagini a super risoluzione nel campo lontano.

Sondando le onde evanescenti intorno a un bersaglio, il team realizza senza etichetta, imaging a lunghezza d'onda inferiore senza scansione nel campo lontano. Gli autori notano che i loro risultati mostrano anche la promessa di un nuovo tipo di meccanismo di fotolitografia ad alta risoluzione:l'interferenza costruttiva di tali onde evanescenti di campo vicino eccitate può focalizzare la luce in piccoli punti ben al di sotto del limite di diffrazione.