Cómo funcionan los superlentes que pueden capturar imágenes casi imperceptibles

Las técnicas de imágenes convencionales que captan luz lejos de un objeto suelen tener como frontera el límite de difracción, determinado por el hecho de que la luz se manifiesta como una onda. Es decir, una imagen enfocada nunca puede ser menor que la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada para observar un objeto. Todos los intentos, hasta el momento, de romper el límite de difracción con superlentes se han topado con el obstáculo de pérdidas visuales extremas, lo que hace que las lentes se vuelvan opacas.

Las opciones de imágenes convencionales que captan luz lejos de un objeto suelen tener como horizonte este límite, y se ha invertido mucho esfuerzo en desarrollar formas de superarlo. Muchas técnicas ahora proporcionan resoluciones muy por debajo del límite de difracción, basándose en sondeos de campo cercano a través de una punta de escaneo, conjuntos estocásticos de dispersores o fluoróforos en las inmediaciones del objeto del que se va a tomar la imagen o efectos no lineales que permiten obtener imágenes por subdifracción en el campo lejano, muchos de los cuales aún no se han demostrado fuera del espectro óptico.

Con esto en mente, físicos de la Universidad de Sydney en Australia, lograron desarrollar una superlente con pérdidas mínimas, superando el límite de difracción en un factor de casi cuatro veces. Este enfoque innovador, que fue divulgado en Nature Communications, abre la puerta al escaneo de campo cercano no invasivo y puede usarse en diagnóstico médico y fabricación avanzada de productos ópticos.

El éxito de esta nueva técnica consistió en eliminar las superlentes por completo. Ahora hemos desarrollado una forma práctica de implementar superlente, sin una. Para ello, se colocó la sonda luminosa lejos del objeto y se recopiló información tanto de alta como de baja resolución. Al medir más lejos, la sonda no interfiere con los datos de alta resolución, una característica de los métodos anteriores.

Anteriormente, los científicos intentaron fabricar superlentes utilizando materiales alternativos. Sin embargo, la mayoría de los materiales absorben demasiada luz para que sean prácticos. “Superamos esto realizando la operación de superlente como paso de posprocesamiento en una computadora después de la medición en sí. Esto produce una imagen veraz del objeto mediante la amplificación selectiva de ondas de luz evanescentes o que desaparecen”, explicó Alessandro Tuniz en un comunicado de prensa emitido desde la Universidad de Sidney.

“Nuestro método podría aplicarse para determinar el contenido de humedad en las hojas con mayor resolución o ser útil en técnicas avanzadas de microfabricación, como la evaluación no destructiva de la integridad del microchip -añadió Boris Kuhlmey-. Y el método podría incluso usarse para revelar capas ocultas en obras de arte, quizás resultando útil para descubrir falsificaciones de arte u obras ocultas”.

Por lo general, los intentos de superlente se han centrado estrechamente en la información de alta resolución, ya que estos datos valiosos decaen exponencialmente con la distancia y son rápidamente superados por los de baja resolución, que no decaen tan rápido. Sin embargo, acercar tanto la sonda a un objeto distorsiona la imagen.

“Al alejar nuestra sonda, podemos mantener la integridad de la información de alta resolución y utilizar una técnica posterior a la observación para filtrar los datos de baja resolución”, explica Kuhlmey. La investigación se realizó utilizando luz a una frecuencia de terahercios en una longitud de onda milimétrica en la región del espectro entre el visible y el de microondas.

“Es muy difícil trabajar con este rango de frecuencia, pero muy interesante, porque en este rango podríamos obtener información importante sobre muestras biológicas, como la estructura de las proteínas, la dinámica de hidratación o para su uso en imágenes de cáncer”, señaló Kuhlmey.

“Esta técnica es un primer paso para permitir imágenes de alta resolución mientras se permanece a una distancia segura del objeto sin distorsionar lo que se ve -concluyó Tuniz-. Nuestra técnica podría utilizarse en otros rangos de frecuencia”.

*Alessandro Tuniz es el autor principal de la investigación, profesor titular y miembro de ARC Discovery Early Career (DECRA) del Consejo Australiano de Investigación en la Facultad de Física y director del Sydney Terahertz Lab (Universidad de Sydney). Forma parte del Instituto de Fotónica y Ciencias Ópticas, Facultad de Física y del Nano Institute de la Universidad de Sydney, Universidad de Sydney, Camperdown, Nueva Gales del Sur, Australia

*Boris Kuhlmey es coautor de la investigación y profesor asociado de la Facultad de Física y Ciencia de Sidney. Forma parte del Instituto de Fotónica y Ciencias Ópticas, Facultad de Física y del Nano Institute de la Universidad de Sydney, Universidad de Sydney, Camperdown, Nueva Gales del Sur, Australia.

*La información contenida en este artículo periodístico se desprende de la investigación denominada “Imágenes de terahercios por debajo de la longitud de onda mediante superlente virtual en el campo cercano radiante”, publicada en Nature Communications. Además del comunicado de prensa emitido por la Universidad de Sydney.