克服光学分辨率的限制

当用光学测量时，光学成像系统可以解析的结构的横向范围从根本上是受衍射限制的。克服这一限制是最近研究的一个重要课题，并且已经在这一领域发表了几种方法。

在最近发表在《光学微系统》杂志上的一项研究中，来自德国卡塞尔大学的一组研究人员提出了一种方法，该方法使用微球直接放置在物体表面，以扩展干涉地形测量的限制，以实现小结构的光学分辨率。

成像低于分辨率限制的系统通常使用探针标记，如荧光显微镜，这需要样品的制备。其他系统，如原子力显微镜，可以提供比衍射有限的光学系统高20倍的横向分辨率。然而，它们依赖的触觉测量原理可能不适用于某些应用，特别是在生物成像领域。因此，微球辅助技术可以为衍射极限下的快速无标签成像提供解决方案。

由两个高分辨率显微镜物镜组成的林尼克干涉仪提供了快速和非接触的精细结构地形测量。进行深度扫描可以获得相位信息，这些信息可用于重建表面形貌。由于在成像路径中增加了一个微球，该系统的物理衍射极限得到了扩展。

(a)实验装置的示意图；(b)高数值孔径干涉显微镜的三维传递函数截面；(c)通过微球成像时正弦表面模拟干涉图像堆栈的横截面。

尽管实验研究显示出有希望的结果，但考虑到能够提高分辨率的相关成像机制的理论解释至今仍不清楚。通过三维空间频域分析以及与严格的模拟和光线追踪计算进行比较，对相关机制进行了研究。

傅里叶域的研究给出了微球传输到远场并由显微镜物镜获得的空间频率。结合对产生的近场的严格模拟，这允许使用微球对成像过程进行完整模拟，因此可以进行广泛的研究。

此外，光线追踪能够研究单个光线在微球内的传播，因此有助于更好地了解主要的物理效应。

“在最近的研究和工业应用中，需要低于物理分辨率极限的快速测量系统，不需要大量的样品制备。微球辅助干涉显微镜使这种光学形貌表面测量成为可能，这项工作有助于更深入地了解潜在的物理机制，“该论文的第一作者Lucie Hüser说。

研究人员的发现为更深入地了解微球辅助干涉测量提供了有用的工具，可用于扩大有关微球辅助干涉测量中物理机制的知识。此外，有效扩大包括微球在内的系统数值孔径和微球下相当小的视场可能是使形貌测量低于分辨率极限的最相关机制。

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