Cómo hacer pasar la luz por el ojo de una aguja sin que se expanda ✛ ✎

Original: "Focusing of light beyond the diffraction limit"
· K. R. Chen
arXiv:0901.4623 · 2009-01-29 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 2 min
Una lente plasmónica con dos rendijas enfoca la luz en una línea de menos de media longitud de onda, y esa luz viaja lejos en lugar de extinguirse en la superficie.

El haz de una linterna, al pasar por una rendija estrecha, no se mantiene como una línea fina, sino que se dispersa hacia los lados. La luz tiende a rodear los bordes de los obstáculos, y por eso el punto de luz más pequeño que se puede obtener con una lente ordinaria no puede ser menor que media longitud de onda. Este límite parecía inquebrantable hasta que surgió la idea de hacer pasar la luz por el ojo de una aguja manteniéndola estrecha.

En lugar de una sola rendija, en la película de plata se hacen dos, de solo 80 nanómetros de ancho, y junto a ellas se tallan ranuras. Cuando la luz incide sobre esta estructura, excita ondas de electrones en la superficie del metal, que actúan como guías invisibles.

Estas ondas superficiales capturan la luz que ha pasado y la curvan hacia el centro, como dos manos que aprietan un chorro de agua. Como resultado, detrás de la película se forma una línea de luz que no se dispersa, sino que, al contrario, se estrecha. En el momento de máxima compresión, su ancho es de 0.286 de la longitud de onda, aunque el límite para las lentes ordinarias es de 0.5.

Anteriormente, intentos similares chocaban con el hecho de que la luz comprimida permanecía pegada a la superficie y no podía viajar lejos. Aquí, en cambio, los cálculos muestran que el flujo de energía se dirige desde la película, lo que significa que la luz enfocada puede propagarse a distancia. Es como si un chorro, después de pasar por el ojo de una aguja, no se dispersara de inmediato, sino que volara más lejos en un haz estrecho.

Este enfoque podría ser útil en cualquier lugar donde se necesite trabajar con detalles muy pequeños: en la fabricación de microchips, el almacenamiento de datos o la observación de células vivas. La luz que ha aprendido a pasar por el ojo de una aguja y a permanecer estrecha abre el camino a instrumentos que ven lo que es más pequeño que la longitud de onda.

La difracción fue descrita por primera vez por Leonardo da Vinci en el siglo XV, y la descripción precisa la dio Francesco Grimaldi en el siglo XVII. La anchura de la rendija en la lente simulada (80 nm) es casi 8 veces menor que la longitud de onda de la luz (633 nm).

Científicos
William Lawrence BraggMichael FaradayHendrik LorentzWillebrord Snellius
Conceptos
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