Nouveau modèle trouvé pour l’interférométrie améliorée par microsphère

Les techniques de mesure optique collectant l’intensité lumineuse dans le champ lointain telles que la microscopie conventionnelle et confocale ou l’interférométrie à balayage par cohérence (CSI) permettent une inspection rapide et sans contact de plusieurs types d’échantillons. Néanmoins, les instruments de mesure optique souffrent d’effets de diffraction conduisant à une limitation de résolution latérale fondamentale donnée par la longueur de période résoluble minimale d’Abbe-limit et l’ouverture numérique (NA) de l’objectif.

Dans un nouvel article publié dans Lumière : fabrication avancéeune équipe de scientifiques dirigée par le professeur Peter Lehmann de l’Université de Kassel a développé un nouveau modèle de modélisation de l’imagerie microscopique sous microscopie interférentielle améliorée par microsphère.

Les microsphères peuvent être appliquées dans l’imagerie et la mesure microscopiques pour surmonter la limite de résolution. Des microsphères placées près de la surface permettent une amélioration locale de la résolution latérale et une amélioration du grossissement. Les microsphères peuvent également être combinées avec le CSI pour obtenir des informations de phase électromagnétique. Étant donné que l’amélioration de la résolution optique est d’un grand intérêt dans de nombreux domaines d’application de l’imagerie microscopique, les mesures améliorées par microsphères font partie de nombreuses publications expérimentales et théoriques récentes.

Des microsphères de matériau à indice de réfraction élevé peuvent être combinées avec des objectifs à immersion ou incorporées dans des élastomères. Les mesures assistées par microsphères s’appliquent également aux objets biologiques et médicaux tels que les virus et les structures sous-cellulaires ou pour identifier les cellules sanguines. En conséquence, les mesures assistées par microsphères sont utilisées dans de nombreuses applications. De nombreuses études théoriques sont menées pour comprendre et analyser les phénomènes conduisant à l’amélioration de la résolution.

L’équipe de recherche a présenté une simulation qui considère le processus d’imagerie complet d’un microscope interférentiel amélioré par microsphères fonctionnant en mode réflexion équipé de lentilles d’objectif à grande ouverture numérique en utilisant un calcul FEM du processus de diffusion en champ proche. Contrairement aux modèles théoriques précédents, ils ont considéré l’illumination conique Köhler 3D complète avec des ondes incidentes et une imagerie conique du champ lumineux diffusé par la microsphère.

Le modèle reproduit de manière fiable les résultats de mesure, comme démontré pour plusieurs topographies de surface mesurées avec CSI. Une première comparaison quantitative avec des résultats de mesure d’interférométrie assistée par microsphère est donnée. A l’aide du modèle, les chercheurs ont présenté une méthode pour qualifier l’amélioration de la résolution par une microsphère. Ils ont démontré l’amélioration relative de la résolution latérale et ont montré que le grossissement latéral accru diminue avec des ouvertures numériques élevées. En revanche, le champ de vision augmente pour les valeurs NA plus grandes de la lentille du microscope objectif.

En outre, l’approche présentée permet aux futurs chercheurs d’analyser les influences des paramètres et de trouver la configuration expérimentale la plus appropriée en fonction de la forme, de la taille et du matériau du microélément ainsi que du matériau environnant pour améliorer la résolution et la fidélité du profil de CSI. Le modèle peut être étendu à la microscopie conventionnelle, à la microscopie confocale et à d’autres profileurs optiques sans effort significatif. Par conséquent, le modèle présenté peut contribuer de manière significative à une meilleure compréhension des systèmes de mesure assistée par microsphère et améliorer leurs capacités d’imagerie grâce à des études de paramètres.