Ikke -lineær bølgeblanding letter billedet af subbølgelængde

Diffraktionsgrænsen, også kendt som Abbe -diffraktionsgrænsen i optik, udgør en stor udfordring i mange systemer, der involverer bølgedynamik, såsom billeddannelse, astronomi, og fotolitografi. For eksempel, det bedste optiske mikroskop har kun en opløsning omkring 200 nm, men den fysiske størrelse af fotolitografiprocessen med en excimerlaser er omkring titalls nanometer. I mellemtiden, fysiske størrelser i nuværende forskning og anvendelser inden for biologi og halvlederindustrien er nedskaleret til flere nanometer, hvilket er langt ud over optiske bølgers evne.

Ifølge Abbe -teorien, subbølgelængdeegenskaber er normalt forbundet med flygtige bølger, som forfalder eksponentielt med afstanden fra målet. Som svar på dette problem, forskere har udviklet mange måder at omgå Abbe -grænsen, viser succes i forskellige applikationer. I et tilfælde, Nobelprisen i kemi 2014 blev tildelt Eric Betzig, Stefan W. Hell, og William E. Moerner, for deres bidrag til udviklingen af ​​superopløst fluorescensmikroskopi til biovidenskabelig forskning.

I øjeblikket, der er to hovedmetoder til at overvinde diffraktionsgrænsen i optik:nærfelt og fjernfelt. Near-field-tilgangen anvender en nanosiseret spids, der scanner over prøven og interagerer direkte med disse flygtige felter. Som en scanningstilgang, det giver billeder i høj kvalitet, men er altid tidskrævende. På den anden side, langt-felt tilgange, såsom stimuleret emissionsudtømningsmikroskopi (STED), stokastisk optisk rekonstruktionsmikroskopi (STORM), og struktureret belysningsmikroskopi (SIM), er baseret på fluorescerende mærkning, begrænser dem fra bredere applikationer - f.eks. i halvlederindustrien. En mere grundlæggende tilgang er nødvendig-en, der er fri for nærfeltscanning og nanofabrikation samt fluoroforer.

Et team af forskere fra Shanghai Jiao Tong University har for nylig udviklet en alternativ måde at bryde Abbe-diffraktionsgrænsen og realisere subbølgelængdebillede på en altoptisk måde. Som rapporteret i Avanceret fotonik , de foreslår lokaliserede flygtige bølgebelysning, som er spændt på siliciumoverfladen ved blanding med fire bølger, en tredje ordens ikke-lineær optisk proces. Sådanne ophidsede bølger hjælper med at realisere superopløsning på den måde, at de spreder en del af de flygtige felter i målet til det fjerne felt. Ved at variere bølgevektorer for ophidsede bølger, Dele af forskellige orienteringer i Fourier -spektrum kan derefter opnås. Kombineret med en iterativ rekonstruktionsteknik kaldet Fourier ptychography, disse flere Fourier-spektrale dele kan stables sammen, genoprette et forstørret Fourier-spektrum, der omfatter flygtige felter-og dermed realisere superopløsningsbilleddannelse i det fjerne felt.

Undersøgelse af de flygtige bølger omkring et mål, teamet indser etiketfrit, ikke -scanning af subbølgelængdebilleddannelse i det fjerne felt. Forfatterne bemærker, at deres resultater også viser løfte om en ny type højopløselig fotolitografimekanisme:konstruktiv interferens af sådanne ophidsede nærfelt-flygtige bølger kan fokusere lys ind i små pletter langt under diffraktionsgrænsen.