KASSEL, Deutschland, 10. November 2022 – Obwohl bekannt ist, dass Mikrokugeln – kugelförmige Partikel im mikroskopischen Maßstab, die sowohl aus natürlichen als auch aus synthetischen Materialien hergestellt werden können – die laterale Auflösung und die Vergrößerung in der mikroskopischen Bildgebung verbessern, ist eine allgemein akzeptierte Erklärung für ihre positive Wirkung auf Beschluss muss noch eingeführt werden. Mikrokugelgestützte Messungen werden in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt: Diese Messungen unterstützen die Untersuchung von Merkmalen technischer Oberflächen mit lateralen Abmessungen jenseits der Auflösungsgrenze und gelten auch für die Bewertung biologischer und medizinischer Objekte wie Viren und subzellulärer Strukturen.

Infolgedessen wurden viele theoretische Studien durchgeführt, um die Rolle von Mikrokügelchen bei der Verbesserung der Auflösung besser zu verstehen.

In einer aktuellen Studie haben Forscher der Universität Kassel ein Simulationsmodell entwickelt, das den vollständigen Abbildungsprozess einer verbesserten Mikrosphäre untersucht Interferenz Mikroskop, das in Reflexion arbeitet und mit Objektiven mit hoher numerischer Apertur ausgestattet ist. Zur Berechnung des Nahfeld-Streuprozesses nutzten die Forscher die Finite-Elemente-Methode (FEM).

Im Gegensatz zu früheren Modellen ist das Modell für verbesserte Mikrosphären Interferometrie gesehen als volle 3D-Kegelbeleuchtung mit einfallenden Wellen, sowie als Kegelabbildung des von der Mikrosphäre gestreuten Lichtfeldes.

Basierend auf den Informationen des Modells stellten die Forscher schließlich fest, dass eine lokale Verbesserung in Numerische Apertur (NA) ist höchstwahrscheinlich die Ursache für die verbesserte Auflösung, die durch die Mikrokügelchen bereitgestellt wird.

Dieses FEM-basierte numerische Modell der Mikrosphären-verstärkten Kohärenz-Scanning-Interferometrie könnte verwendet werden, um den Einfluss von Parametern zu analysieren, um den am besten geeigneten experimentellen Aufbau zu finden, abhängig von Form, Größe und Material der Mikroelemente und dem umgebenden Material. Dies könnte zu einem besseren Verständnis von mikrosphärengestützten Messsystemen beitragen und Forschern dabei helfen, die Bildgebungsfähigkeiten dieser Systeme durch Parameterstudien zu verbessern.

Darüber hinaus könnte das Modell auf konventionelle Systeme erweitert werden Mikroskopiekonfokale Mikroskopie und andere optische Profiler.

In der Arbeit entwickelten die Forscher ein mikrosphärengestütztes virtuelles Interferenzmikroskop, das die konische Beleuchtung des Mikroskops, die Wechselwirkung von Licht mit der Mikrosphäre und der Oberfläche des Objekts sowie die Abbildungseigenschaften berücksichtigte. Mit dem virtuellen Mikroskopmodell reproduzierten sie die Messergebnisse anhand dieser Überlegungen zuverlässig.

Die Forscher quantifizierten auch die Auflösungsverbesserung und analysierten die Auflösungsgrenze; sie zeigten, dass die Auflösungsgrenze unabhängig von der numerischen Apertur der Objektive war. Sie fanden weiter heraus, dass die laterale Vergrößerung, die der Anzahl der abgebildeten Perioden entspricht, von der NA der Objektivlinsen abhängt. Bei kleineren Werten der numerischen Apertur nimmt die Vergrößerung zu, wodurch das Sichtfeld abnimmt.

Als die Forscher das Modell verwendeten, um die Ergebnisse mit und ohne Whispering Gallery Modes (WGM) zu vergleichen, stellten sie fest, dass die Auflösung in beiden Fällen verbessert wurde. Das Team lieferte auch einen erreichbaren Auflösungsstandard.

Forschung hilft bei der Lösung einer seit langem bestehenden Frage. Obwohl, wie die Forscher sagten, mehrere Effekte – einschließlich NA-Verstärkung – sowie photonische Nanojets, WGMs und evaneszente Wellen als mögliche Ursachen für die Mikrosphären zur Auflösungsverbesserung identifiziert wurden, konnte bisher keiner dieser Effekte definitiv nachgewiesen werden die Ursache.

Detaillierte Parameterstudien werden in zukünftigen Arbeiten durchgeführt, sagten die Forscher.

Die Forschung wurde in veröffentlicht Licht: fortschrittliche Fertigung (www.light-am.com/article/doi/10.37188/lam.2022.049).