Ett besök hos optikern innebär ofta optisk koherenstomografi. Denna avbildningsprocess använder infraröd strålning för att penetrera näthinnan och undersöka den närmare i tre dimensioner utan att behöva röra ögat alls. Detta gör att ögonspecialister kan diagnostisera sjukdomar som glaukom utan några fysiska ingrepp. Dock, denna metod skulle ha ännu större potential för vetenskapen om en kortare strålningsvåglängd användes, vilket möjliggör en högre upplösning av bilden. Fysiker vid Friedrich Schiller University Jena (Tyskland) har nu uppnått just det och de har rapporterat sina forskningsrön i det senaste numret av specialisttidskriften Optica .

Första XUV-koherenstomografi i laboratorieskala

För första gången, universitetsfysikerna använde extrem ultraviolett strålning (XUV) för denna process, som genererades i deras eget laboratorium, och de kunde således utföra den första XUV-koherenstomografin i laboratorieskala. Denna strålning har en våglängd på mellan 20 och 40 nanometer, varifrån det därför bara är ett litet steg till röntgenområdet. "Storskalig utrustning, det vill säga partikelacceleratorer som tyska Elektronen-Synchotron i Hamburg, är vanligtvis nödvändiga för att generera XUV-strålning, " säger Silvio Fuchs från Institute of Optics and Quantum Electronics vid Jena University. "Detta gör en sådan forskningsmetod mycket komplex och kostsam, och endast tillgänglig för ett fåtal forskare."

Fysikerna från Jena har redan demonstrerat denna metod vid stora forskningsanläggningar, men de har nu tillämpat det i mindre skala. I detta tillvägagångssätt, de fokuserar en ultrakort, mycket intensiv infraröd laser i en ädelgas, till exempel argon eller neon. "Elektronerna i gasen accelereras med hjälp av en joniseringsprocess, " förklarar Fuchs. "De avger sedan XUV-strålning." Det är sant att denna metod är ineffektiv, eftersom endast en miljondel av laserstrålningen faktiskt omvandlas från infrarött till det extrema ultravioletta området, men denna förlust kan kompenseras genom användning av mycket kraftfulla laserkällor. "Det är en enkel beräkning - ju mer vi lägger in, ju mer vi kommer ut, ", tillägger Fuchs.

Starka bildkontraster produceras

Fördelen med XUV koherenstomografi är att, förutom den mycket höga upplösningen, strålningen interagerar starkt med provet, eftersom olika ämnen reagerar olika på ljus. Vissa absorberar mer ljus och andra mindre. Detta ger starka kontraster i bilderna, som ger forskarna viktig information, till exempel när det gäller materialsammansättningen på föremålet som undersöks.

"Till exempel, vi har skapat tredimensionella bilder av kiselchips på ett oförstörande sätt där vi tydligt kan skilja substratet från strukturer som består av andra material, " säger Silvio Fuchs. "Om denna procedur tillämpades inom biologi - för att undersöka celler, till exempel, vilket är ett av våra mål – det skulle inte vara nödvändigt att färga prover, som är normal praxis i andra högupplösta mikroskopimetoder. Grundämnen som kol, syre och kväve skulle själva ge kontrasten."

Innan det är möjligt, dock, fysikerna vid universitetet i Jena har fortfarande en del att göra. "Med de ljuskällor vi har för tillfället, vi kan uppnå en djupupplösning ner till 24 nanometer. Även om detta är tillräckligt för att producera bilder av små strukturer, till exempel i halvledare, strukturstorlekarna för nuvarande chips är i vissa fall redan mindre. Dock, med nya, ännu kraftfullare lasrar, det borde i framtiden vara möjligt att uppnå en djupupplösning på så lite som tre nanometer med denna metod, ", konstaterar Fuchs. "Vi har visat i princip att det är möjligt att använda den här metoden i laboratorieskala."

Det långsiktiga målet är att utveckla en kostnadseffektiv och användarvänlig enhet som kombinerar lasern med mikroskopet, vilket skulle göra det möjligt för halvledarindustrin eller biologiska laboratorier att använda denna bildteknik med lätthet.