有關(guān)微球輔助干涉測量中物理機(jī)制的知識(shí)

當(dāng)用光學(xué)測量時(shí)，光學(xué)成像系統(tǒng)可以解析的結(jié)構(gòu)的橫向范圍從根本上是受衍射限制的。克服這一限制是最近研究的一個(gè)重要課題，并且已經(jīng)在這一領(lǐng)域發(fā)表了幾種方法。 在最近發(fā)表在《光學(xué)微系統(tǒng)》雜志上的一項(xiàng)研究中，來自德國卡塞爾大學(xué)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(kuò)展干涉地形測量的限制，以實(shí)現(xiàn)小結(jié)構(gòu)的光學(xué)分辨率。

成像低于分辨率限制的系統(tǒng)通常使用探針標(biāo)記，如熒光顯微鏡，這需要樣品的制備。其他系統(tǒng)，如原子力顯微鏡，可以提供比衍射有限的光學(xué)系統(tǒng)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(yīng)用，特別是在生物成像領(lǐng)域。因此，微球輔助技術(shù)可以為衍射極限下的快速無標(biāo)簽成像提供解決方案。 由兩個(gè)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(xì)結(jié)構(gòu)地形測量。進(jìn)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(gè)微球，該系統(tǒng)的物理衍射極限得到了擴(kuò)展。

(a)實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖；(b)高數(shù)值孔徑干涉顯微鏡的三維傳遞函數(shù)截面；(c)通過微球成像時(shí)正弦表面模擬干涉圖像堆棧的橫截面。 盡管實(shí)驗(yàn)研究顯示出有希望的結(jié)果，但考慮到能夠提高分辨率的相關(guān)成像機(jī)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(yán)格的模擬和光線追蹤計(jì)算進(jìn)行比較，對相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了研究。 傅里葉域的研究給出了微球傳輸?shù)竭h(yuǎn)場并由顯微鏡物鏡獲得的空間頻率。結(jié)合對產(chǎn)生的近場的嚴(yán)格模擬，這允許使用微球?qū)Τ上襁^程進(jìn)行完整模擬，因此可以進(jìn)行廣泛的研究。 此外，光線追蹤能夠研究單個(gè)光線在微球內(nèi)的傳播，因此有助于更好地了解主要的物理效應(yīng)。

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

研究人員的發(fā)現(xiàn)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(kuò)大有關(guān)微球輔助干涉測量中物理機(jī)制的知識(shí)。此外，有效擴(kuò)大包括微球在內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)值孔徑和微球下相當(dāng)小的視場可能是使形貌測量低于分辨率極限的最相關(guān)機(jī)制。