Neues Modell für mikrokugelverstärkte Interferometrie gefunden

Optische Messverfahren, die die Lichtintensität im Fernfeld erfassen, wie die konventionelle und konfokale Mikroskopie oder die Kohärenz-Scanning-Interferometrie (CSI), ermöglichen eine schnelle und berührungslose Inspektion verschiedener Arten von Proben. Nichtsdestotrotz leiden optische Messinstrumente unter Beugungseffekten, die zu einer grundlegenden lateralen Auflösungsbegrenzung führen, die durch die minimal auflösbare Periodenlänge der Abbe-Grenze und die numerische Apertur (NA) der Objektivlinse gegeben ist.

In einem neuen Artikel, erschienen in Licht: Fortschrittliche Fertigunghat ein Team von Wissenschaftlern um Professor Peter Lehmann von der Universität Kassel ein neues Modell zur Modellierung mikroskopischer Bildgebung unter mikrosphärenverstärkter Interferenzmikroskopie entwickelt.

Mikrokügelchen können in der mikroskopischen Bildgebung und Messung eingesetzt werden, um die Auflösungsgrenze zu überwinden. Es zeigt sich, dass oberflächennah platzierte Mikrosphären eine lokale Verbesserung der lateralen Auflösung und eine Vergrößerungssteigerung ermöglichen. Mikrosphären können auch mit CSI kombiniert werden, um Informationen über die elektromagnetische Phase zu erhalten. Da die Verbesserung der optischen Auflösung in vielen Anwendungsgebieten der mikroskopischen Bildgebung von großem Interesse ist, sind mikrokugelverstärkte Messungen Teil vieler neuerer experimenteller und theoretischer Veröffentlichungen.

Mikrokügelchen aus hochbrechendem Material können mit Immersionsobjektiven kombiniert oder in Elastomere eingebettet werden. Mikrosphären-gestützte Messungen gelten auch für biologische und medizinische Objekte wie Viren und subzelluläre Strukturen oder zur Identifizierung von Blutzellen. Daher werden mikrosphärengestützte Messungen in vielen Anwendungen eingesetzt. Viele theoretische Studien werden durchgeführt, um Phänomene zu verstehen und zu analysieren, die zu einer Verbesserung der Auflösung führen.

Das Forschungsteam hat eine Simulation vorgestellt, die den vollständigen Abbildungsprozess eines mikrosphärenverstärkten Interferenzmikroskops berücksichtigt, das im Reflexionsmodus arbeitet und mit Objektiven hoher numerischer Apertur ausgestattet ist, wobei eine FEM-Berechnung des Nahfeld-Streuprozesses verwendet wird. Im Gegensatz zu früheren theoretischen Modellen betrachteten sie die vollständige 3D-konische Köhler-Beleuchtung mit einfallenden Wellen und kegelförmiger Abbildung des Streulichtfelds durch die Mikrokugel.

Das Modell reproduziert Messergebnisse zuverlässig, wie es für mehrere mit CSI gemessene Oberflächentopographien demonstriert wurde. Ein erster quantitativer Vergleich mit Messergebnissen der mikrokugelgestützten Interferometrie wird gegeben. Anhand des Modells haben die Forscher eine Methode vorgestellt, um die Auflösungssteigerung durch eine Mikrosphäre zu qualifizieren. Sie haben die relative Verbesserung der lateralen Auflösung demonstriert und gezeigt, dass die verbesserte laterale Vergrößerung für hohe numerische Aperturen abnimmt. Im Gegensatz dazu vergrößert sich das Sichtfeld für größere NA-Werte des Mikroskopobjektivs.

Darüber hinaus ermöglicht der vorgestellte Ansatz zukünftigen Forschern, Parametereinflüsse zu analysieren und den am besten geeigneten Versuchsaufbau in Abhängigkeit von Form, Größe und Material des Mikroelements sowie des umgebenden Materials zu finden, um die Auflösung und Profiltreue von CSI zu verbessern. Das Modell kann ohne großen Aufwand auf konventionelle Mikroskopie, konfokale Mikroskopie und andere optische Profiler erweitert werden. Daher kann das vorgestellte Modell wesentlich zu einem besseren Verständnis von Mikrosphären-gestützten Messsystemen beitragen und deren Bildgebungsfähigkeiten durch Parameterstudien verbessern.