Ao combinar experimentos com cálculos e simulações, pesquisadores na Alemanha obtiveram novos insights sobre por que colocar microesferas transparentes em uma amostra melhora a resolução de uma técnica de microscopia baseada em interferometria. Ao examinar como a luz interage com as microesferas, Lucie Hüser e colegas do Universidade de Kassel abriram a porta para entender o misterioso aprimoramento.
Um microscópio interferômetro Linnik foi projetado para obter imagens de alta resolução da topografia da superfície de uma amostra. O dispositivo funciona dividindo um feixe de luz iluminadora em dois, sendo um feixe enviado para a amostra e o outro para um espelho. Os feixes refletidos são recombinados em um detector, criando uma imagem da luz interferente. Ao digitalizar a altura da amostra, é obtida uma representação precisa da topografia 3D da amostra.
No entanto, como todas as técnicas de microscopia, esse método enfrenta um limite fundamental no tamanho dos recursos que pode resolver. Isso é resultado do limite de difração, o que significa que a técnica não pode resolver recursos menores que a metade do comprimento de onda da luz de imagem.
efeito misterioso
No entanto, os microscopistas sabem há algum tempo que o limite de difração pode ser superado simplesmente colocando esferas transparentes de tamanho micrométrico na superfície de uma amostra. Esta provou ser uma técnica muito útil, mas apesar da sua eficácia, os investigadores não compreendem completamente a física por detrás da melhoria. As explicações incluem a criação de nanojatos fotônicos altamente focados à medida que a luz passa entre as microesferas e a amostra; um aumento na abertura numérica do microscópio causado pelas microesferas; efeitos de campo próximo (evasescentes); e a excitação de modos de luz de galeria sussurrante dentro das microesferas.
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Para entender melhor por que o aprimoramento de microesferas funciona para microscopia de interferência, a equipe de Hüser combinou medições experimentais rigorosas com novas simulações de computador. Isso incluiu cálculos de rastreamento de raios que usam matemática simples para rastrear mudanças nos caminhos dos feixes de luz que viajam pelas esferas.
O estudo sugere que os efeitos da galeria evanescente e sussurrante são insignificantes quando se trata de melhoria de resolução. Em vez disso, descobriram que as microesferas aumentam o tamanho efetivo da abertura numérica do microscópio – o que melhora a resolução do instrumento. A pesquisa também sugere que os nanojatos fotônicos podem estar envolvidos na melhoria da resolução.
Este resultado aproxima uma base teórica robusta para a microscopia de interferência óptica aprimorada por microesferas. Hüser e seus colegas esperam que seu trabalho possa em breve levar a melhores métodos para imagens rápidas e não invasivas das superfícies de estruturas microscópicas. Isso pode ser especialmente útil para sondar amostras delicadas, como sistemas biológicos, que não podem ser estudados com técnicas de alta resolução, como microscopia eletrônica e microscopia de força atômica.
A pesquisa está descrita no Jornal de Microsistemas Ópticos.
