Existem muitos tipos de luz - alguns visíveis e outros invisíveis ao olho humano. Por exemplo, nossos olhos e cérebro não têm as ferramentas para processar a luz ultravioleta quando ela atinge nossos olhos, tornando-o invisível. Mas existe outro tipo de luz que é invisível simplesmente porque nunca atinge nossos olhos. Quando a luz atinge certas superfícies, parte dele gruda e permanece para trás, em vez de ser transmitido ou espalhado. Esse tipo de luz é chamado de luz de campo próximo.

Hoje, a luz de campo próximo é usada principalmente para microscopia de resolução ultra-alta, conhecido como microscópios óticos de varredura de campo próximo (NSOM). Contudo, luz de campo próximo também tem potencial inexplorado para manipulação de partículas, de detecção, e comunicações ópticas. Mas, uma vez que a luz do campo próximo não atinge nossos olhos como a luz do campo distante, os pesquisadores não desenvolveram um kit de ferramentas abrangente para aproveitar e manipular o campo próximo.

"Hoje, temos muitas ferramentas e técnicas para projetar a aparência da luz de campo distante, "disse Vincent Ginis, professor visitante da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS). "Temos lentes, telescópios, prismas e hologramas. Todas essas coisas nos permitem esculpir a luz propagando livremente no espaço. "

Ginis também é professora da Vrije University of Brussel.

Agora, Os pesquisadores do SEAS desenvolveram um sistema para moldar a luz de campo próximo, abrindo a porta para um controle sem precedentes sobre este poderoso, tipo de luz em grande parte inexplorado. A pesquisa é publicada em Ciência .

"Ao longo dos anos, nosso grupo desenvolveu novas técnicas poderosas para estruturar a propagação da luz usando metassuperfícies padronizadas de comprimento de onda, "disse Federico Capasso, o Professor Robert Wallace de Física Aplicada e Vinton Hayes Pesquisador Sênior em Engenharia Elétrica, e autor sênior do artigo. “Com este trabalho, mostramos como estruturar o campo próximo à distância, abrindo oportunidades empolgantes em ciência e tecnologia. "

Para manipular a luz de campo próximo, os pesquisadores desenvolveram um dispositivo no qual a luz confinada a um guia de ondas reflete para frente e para trás entre dois refletores. Depois de cada salto, ele muda de modo, o que significa que se propaga com um padrão espacial diferente. Com vários saltos, esses padrões se somam para gerar um perfil de intensidade de luz complexo ao longo do guia de ondas. A luz do campo próximo perto da superfície do guia de ondas também muda. Quando todos os diferentes padrões de luz de campo próximo são sobrepostos uns aos outros, uma forma específica é criada. Os pesquisadores podem pré-programar essa forma ajustando a amplitude dos modos da luz refletida.

"A coexistência de todos esses modos pode ser projetada para criar paisagens de campo próximo à vontade na superfície do dispositivo, "disse Marco Piccardo, pesquisador associado da SEAS e co-autor do artigo. "A forma da paisagem é determinada pelas propriedades combinadas da luz em cascata."

"É um pouco como música, "disse Ginis." A música que você está ouvindo é a superposição de muitas notas ou modos reunidos em padrões concebidos pelo compositor. Uma nota por si só não é muito, mas, em conjunto, você pode gerar qualquer tipo de música. Enquanto a música opera no tempo, nosso gerador de campo próximo opera no espaço tridimensional e o aspecto extra intrigante do nosso dispositivo é que uma nota gera a outra. "

Mais importante, este processo de moldagem acontece remotamente, significando que nenhuma parte do dispositivo interage diretamente com a luz do campo próximo. Isso reduz a interferência, o que é importante para aplicações como manipulação de partículas, e é um grande afastamento dos métodos locais atuais de esculpir campos próximos, como luz brilhante em pontas metálicas e nanopartículas.

Para demonstrar seu design, os pesquisadores moldaram a luz de campo próximo na forma de um elefante. Ou, mais especificamente, um elefante dentro de uma jibóia, uma homenagem ao jogo de dimensões no clássico O Pequeno Príncipe de Antoine de Saint-Exupéry.

Os pesquisadores também moldaram a luz em uma curva, um planalto e uma linha reta.

"Esta pesquisa fornece um novo caminho para o controle tridimensional sem precedentes da luz de campo próximo, "disse Capasso." É um presságio das empolgantes descobertas e desenvolvimentos de tecnologia que espero resultar deste trabalho no futuro. "