克服光學分辨率的限制

當用光學測量時，光學成像系統可以解析的結構的橫向范圍從根本上是受衍射限制的�？朔�這一限制是最近研究的一個重要課題，并且已經在這一領域發表了幾種方法。

在最近發表在《光學微系統》雜志上的一項研究中，來自德國卡塞爾大學的一組研究人員提出了一種方法，該方法使用微球直接放置在物體表面，以擴展干涉地形測量的限制，以實現小結構的光學分辨率。

成像低于分辨率限制的系統通常使用探針標記，如熒光顯微鏡，這需要樣品的制備。其他系統，如原子力顯微鏡，可以提供比衍射有限的光學系統高20倍的橫向分辨率。然而，它們依賴的觸覺測量原理可能不適用于某些應用，特別是在生物成像領域。因此，微球輔助技術可以為衍射極限下的快速無標簽成像提供解決方案。

由兩個高分辨率顯微鏡物鏡組成的林尼克干涉儀提供了快速和非接觸的精細結構地形測量。進行深度掃描可以獲得相位信息，這些信息可用于重建表面形貌。由于在成像路徑中增加了一個微球，該系統的物理衍射極限得到了擴展。

(a)實驗裝置的示意圖；(b)高數值孔徑干涉顯微鏡的三維傳遞函數截面；(c)通過微球成像時正弦表面模擬干涉圖像堆棧的橫截面。

盡管實驗研究顯示出有希望的結果，但考慮到能夠提高分辨率的相關成像機制的理論解釋至今仍不清楚。通過三維空間頻域分析以及與嚴格的模擬和光線追蹤計算進行比較，對相關機制進行了研究。

傅里葉域的研究給出了微球傳輸到遠場并由顯微鏡物鏡獲得的空間頻率。結合對產生的近場的嚴格模擬，這允許使用微球對成像過程進行完整模擬，因此可以進行廣泛的研究。

此外，光線追蹤能夠研究單個光線在微球內的傳播，因此有助于更好地了解主要的物理效應。

“在最近的研究和工業應用中，需要低于物理分辨率極限的快速測量系統，不需要大量的樣品制備。微球輔助干涉顯微鏡使這種光學形貌表面測量成為可能，這項工作有助于更深入地了解潛在的物理機制，“該論文的第一作者Lucie Hüser說。

研究人員的發現為更深入地了解微球輔助干涉測量提供了有用的工具，可用于擴大有關微球輔助干涉測量中物理機制的知識。此外，有效擴大包括微球在內的系統數值孔徑和微球下相當小的視場可能是使形貌測量低于分辨率極限的最相關機制。

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