Los científicos han descubierto una nueva propiedad de propagación de ondas que conduce a una forma completamente nueva de mejorar la resolución de prácticamente todas las tecnologías ópticas, que incluyen: lentes de microscopio, telecomunicaciones, litografía basada en láser, imágenes biológicas y astronómicas. Todos estos sistemas transmiteninformación y energía a través de la propagación de ondas. Investigadores del Centro de Materia Suave y Viva, dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur han descubierto que si la luz pasa a través de aberturas asimétricas, surge el astigmatismo y puede degradar la resolución de la imagen.problema previamente insospechado, los investigadores mostraron cómo remediarlo.
Mientras lee este artículo, la lente del ojo enfoca la luz desde la pantalla hasta la parte posterior del ojo. Sin embargo, si la potencia de enfoque horizontal y vertical de la lente es diferente, este texto aparecerá borroso: por ejemplo, las líneas vertical y horizontal, que forman la letra "T" no se enfocarán juntas. Para evitar este defecto de enfoque, las lentes artificiales están diseñadas de manera óptima para cambiar la forma de los frentes de ondas de luz de frentes de ondas planas a perfectamente esféricas, porque se cree que los frentes de ondas esféricas necesariamentecentrarse en su centro de curvatura único. Publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos PNAS , este estudio muestra que los científicos deberían volver a examinar esta creencia y revisar sus estrategias de diseño.
Ejemplos de propagación de olas son las ondas circulares creadas por un guijarro que cae en un estanque. El punto exacto donde el guijarro golpea el agua determina la posición y la forma de las olas. Si pudiera retroceder en el tiempo, esas ondas circulares se reenfocaríanen el punto de impacto inicial precisamente, porque la información sobre la ubicación del punto no se pierde durante la propagación de la onda. Este ejemplo 2D puede extenderse a una situación 3D, donde las ondas son esféricas y se reenfocan exactamente en el centro de la esfera. Sin embargo, en realidadvida, generalmente se enfoca la luz desde un lado, a lo largo de alguna dirección y no desde todas las direcciones, y la imagen ideal de enfocar desde un círculo completo o una esfera completa nunca es exactamente relevante.
"Una onda esférica completa es simétrica y tiene su foco exactamente en el centro de la esfera. Sin embargo, para mantener esta simetría esférica, la luz debe propagarse desde todas las direcciones hacia la muestra. Y esto prácticamente nunca sucede. Prácticamente, se pasan los frentes de ondaa través de una abertura que se limita a una parte de una esfera, en lugar de la esfera completa. En consecuencia, se rompe la simetría esférica y se pierde información ", dice el profesor Francois Amblard, autor correspondiente del estudio. En el caso del estanque,esto sería similar a retroceder en el tiempo para tratar de reenfocar un arco de onda limitado, en lugar de las ondas circulares completas: estas ondas de arco no necesariamente convergerían en el mismo punto de impacto, porque la información sobre la ubicación central se pierde parcialmente.
El equipo de IBS ha explicado y dado la prueba experimental de que, a medida que la apertura se hace más pequeña, el enfoque se desplaza más y más hacia atrás hacia la lente, de modo que el enfoque inicial ya no está "enfocado". Como consecuencia, si ella apertura no es igual en los planos vertical y horizontal, los cambios focales diferirán entre estas direcciones, lo que conducirá al astigmatismo. "El astigmatismo puede ocurrir incluso con la lente más perfecta si se usa con una apertura no circular", explica Kai Lou, primero.autor del estudio
El equipo aplicó la idea para mejorar una técnica llamada microscopía de enfoque lineal-temporal LTFM, también llamada enfoque espacio-temporal, que utiliza un haz de entrada asimétrico natural. Como LTFM es un método utilizado para visualizar estructuras biológicas profundas, los investigadoresprobó su estrategia de corrección de desplazamiento focal con tejidos pulmonares de ratón. Se obtuvo una resolución sin precedentes, que incluso superó a una técnica clásica llamada microscopía de escaneo puntual PSM.
¿Cómo ayuda este conocimiento a mejorar la resolución? Aunque este efecto es muy pequeño y puede ser descuidado para aplicaciones ordinarias, corregir el astigmatismo inducido por la apertura podría marcar una diferencia significativa en sistemas delicados, como la microscopía avanzada utilizada para adquirir un gran volumenComprender que el astigmatismo es intrínseco a la simetría circular rota podría ayudar a diseñar correcciones adaptadas a la forma de la abertura, especialmente en campos como la astronomía, las telecomunicaciones o con ultrasonidos, donde no se pueden evitar las aberturas no circulares.
"En el futuro, planeamos aplicar el astigmatismo inducido por la apertura a tecnologías de transferencia de información aún más complejas", dijo Steve Granick, co-corresponsal del autor de este estudio. "Además, el estudio abre caminos para mejorar básicamente el diseño de cualquierequipos que manejan ondas electromagnéticas, ultrasonidos o haces de partículas. Por ejemplo, también se aplica a ondas, utilizadas con antenas espaciales para enfocarse en satélites o naves espaciales. Creemos que puede contribuir a diseñar mejores sistemas en visión microscópica sintética, telecomunicaciones e incluso microondasdispositivos "
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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