Vid biologisk mikroskopi och röntgenbildning, många transparenta objekt eller strukturer är svåra att observera. På grund av deras låga absorption av ljus, de vanliga intensitetsmätningarna fungerar inte. Istället, den strukturella informationen förmedlas huvudsakligen av ljusets olika fasförändringar när den sprider sig genom olika delar av ett föremål.

Zernike uppfann faskontrastmikroskopi för att göra transparenta objekt synliga, fick Nobelpriset i fysik 1953. Senare, för att ytterligare förbättra kontrasten, en metod känd som differential interference contrast imaging utvecklades för att kvantitativt överföra fasförändringarna till intensiteter, tillhandahålla information om den optiska vägen som upplevs av ljus vid förökning genom ett objekt - dess optiska tjocklek. Metoder baserade på interferensinställningar eller nanostrukturenheter har också visats. Dock, nuvarande metoder är beroende av komplexa konfigurationer, vilket resulterar i svårigheter med optisk inriktning och justering.

Optisk beräkning av rumslig differentiering:bortom kantdetektering

En lösning på dessa svårigheter kan finnas i optisk beräkning av rumslig differentiering för elektriska fält av infallande ljus, betraktar ljus som en elektromagnetisk våg. Än så länge, applikationen har begränsats till kantdetektering där den kan förbättra kontrasten mellan kanterna på transparenta objekt. Dock, det har inte löst svårigheten med kvantitativ fasfördelningsåtervinning. Nyligen, ett team av forskare under ledning av Zhichao Ruan vid Zhejiang University har utvecklat en justerbar rumslig differentiering för att karakterisera och kvantitativt återställa fasfördelningen.

Ruans grupp visar att ett enkelt schema - justering av polarisatorerna - optiskt kan beräkna den rumsliga differentieringen av det infallande ljusfältet längs olika riktningar. De förbättrade också kontrasten genom att ställa in en enhetlig konstant bakgrund som en förspänning, skapa en virtuell ljuskälla som kastar en skugga på de uppmätta bilderna. Baserat på detta partiska tillvägagångssätt, de kan särskilja fasökningarna och -minskningarna i ljusfältfördelningen och kvantifiera den optiska tjockleken hos observerade objekt med en hög grad av noggrannhet (inom 0,05λ).

Metoden är enkel, flexibel, och mycket billigare än nuvarande metoder. Det kringgår tillverkningen av komplexa strukturer, liksom svårigheter med optisk inriktning och justering. Kanske viktigast av allt, den föreslagna metoden är oberoende av ljusvåglängd och kan öppna nya vägar för att kvantifiera fas vid röntgen- eller elektronmikroskopi.