Moderna applikationer som högupplöst mikroskopi eller bearbetning av mikro- eller nanoskala kräver anpassade laserstrålar som inte ändras under förökning. Detta representerar en enorm utmaning eftersom ljus vanligtvis breddas under förökning, ett fenomen som kallas diffraktion. Så kallade förökningsinvarianta eller icke-diffrakterande ljusfält verkar därför inte vara möjliga vid första anblicken. Om det var möjligt att producera dem, de skulle möjliggöra nya applikationer som ljusdiskmikroskopi eller laserbaserad skärning, fräsning eller borrning med höga bildförhållanden.

Ett internationellt forskargrupp från University of Birmingham (UK), Marseille (Frankrike) och Münster (Tyskland) har nu lyckats för första gången att skapa godtyckliga icke -fraktionsbalkar. "Vi implementerar ett tillvägagångssätt inspirerat av naturen, i vilken vilken önskad intensitetsstruktur som helst kan specificeras av dess gränser, "förklarar en av författarna till studien, Prof. Cornelia Denz från Institute of Applied Physics vid universitetet i Münster. Författarna utnyttjar smarta ljusstrukturer som kan ses i regnbågar eller när ljus överförs genom dricksglas:spektakulära strålstrukturer som heter kaustik. De är ljusa fokuslinjer som överlappar varandra, och därigenom bygga nätverk som kan utnyttjas för icke -fraktion av förökning. Teamet utvecklade en metod för att använda dessa kaustika som grund för skapandet av godtyckliga strukturer, och har därmed skapat en intelligent manipulation av stråleutbredning. På det här sättet, otaliga nya typer av laserstrålar kan bildas på mikrometerskalan, öppnar upp helt nya perspektiv inom bearbetning av optiska material, flerdimensionell signalöverföring eller avancerad högupplöst bildbehandling.

För bara några år sedan var det möjligt att realisera några ljusfält som uppvisar dessa icke-diffrakterande egenskaper, även om den teoretiska idén är äldre:Koncentriska ringstrukturer som Besselstrålen skulle kunna produceras på ett förökningsinvariant sätt. Teorin förutsäger en hel klass strålar vars tvärform genereras på elliptiska eller paraboliska banor och representerar naturliga lösningar av vågekvationen. Även om det länge har funnits ett behov av sådana anpassade ljusstrålar med dessa egenskaper, de har knappast producerats experimentellt eftersom invariansen i den tvärgående intensitetsstrukturen måste bibehållas under förökningen.