Dengan menggabungkan percobaan dengan perhitungan dan simulasi, para peneliti di Jerman telah memperoleh wawasan baru tentang mengapa menempatkan mikrosfer transparan pada sampel meningkatkan resolusi teknik mikroskop berbasis interferometri. Dengan memeriksa bagaimana cahaya berinteraksi dengan mikrosfer, Lucie Hüser dan rekannya di Universitas Kassel telah membuka pintu untuk memahami peningkatan misterius.
Mikroskop interferometer Linnik dirancang untuk mengambil gambar beresolusi tinggi dari topografi permukaan sampel. Perangkat ini bekerja dengan membagi seberkas cahaya yang menyinari menjadi dua, dengan satu berkas dikirim ke sampel dan yang lainnya ke cermin. Sinar yang dipantulkan digabungkan kembali pada detektor, menciptakan gambar dari cahaya yang mengganggu. Dengan memindai ketinggian sampel, representasi topografi 3D sampel yang akurat diperoleh.
Namun, seperti semua teknik mikroskop, metode ini menghadapi batasan mendasar dalam ukuran fitur yang dapat diselesaikan. Ini adalah hasil dari batas difraksi, yang berarti bahwa teknik tersebut tidak dapat menyelesaikan fitur yang lebih kecil dari setengah panjang gelombang cahaya pencitraan.
Efek misterius
Namun, ahli mikroskop telah lama mengetahui bahwa batas difraksi dapat diatasi hanya dengan menempatkan bola transparan berukuran mikron pada permukaan sampel. Ini telah terbukti menjadi teknik yang sangat berguna, tetapi terlepas dari kemanjurannya, para peneliti tidak sepenuhnya memahami fisika di balik peningkatan tersebut. Penjelasannya meliputi pembuatan nanojet fotonik yang sangat terfokus saat cahaya melintas di antara mikrosfer dan sampel; peningkatan bukaan numerik mikroskop yang disebabkan oleh mikrosfer; efek near-field (evanescent); dan eksitasi mode cahaya galeri berbisik di dalam mikrosfer.
Mikroskop resolusi super mengungkapkan mesin yang mereplikasi virus corona
Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang mengapa peningkatan mikrosfer berfungsi untuk mikroskop interferensi, tim Hüser menggabungkan pengukuran eksperimental yang ketat dengan simulasi komputer baru. Ini termasuk kalkulasi ray tracing yang menggunakan matematika sederhana untuk melacak perubahan jalur berkas cahaya yang bergerak melalui bola.
Studi tersebut menunjukkan bahwa efek galeri yang cepat berlalu dan berbisik dapat diabaikan dalam hal peningkatan resolusi. Sebaliknya, mereka menemukan bahwa mikrosfer meningkatkan ukuran efektif bukaan numerik mikroskop – yang meningkatkan resolusi instrumen. Penelitian ini juga menunjukkan bahwa nanojet fotonik mungkin terlibat dalam peningkatan resolusi.
Hasil ini membawa landasan teoretis yang kuat untuk mikroskop interferensi optik yang ditingkatkan mikrosfer selangkah lebih dekat. Hüser dan rekannya berharap bahwa pekerjaan mereka dapat segera mengarah pada metode yang lebih baik untuk pencitraan permukaan struktur mikroskopis yang cepat dan non-invasif. Ini bisa sangat berguna untuk menyelidiki sampel halus, seperti sistem biologis, yang tidak dapat dipelajari dengan teknik resolusi tinggi seperti mikroskop elektron dan mikroskop kekuatan atom.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Jurnal Sistem Mikro Optik.
