Förverkligande av fjärrfält, etikettfri superupplöst avbildning baserad på evanescenta vågor som exciteras av olinjär blandning av fyra vågor. Upphovsman:Zhou et al., doi 10.1117/1.AP.3.2.025001
Diffraktionsgränsen, även känd som Abbe -diffraktionsgränsen i optik, utgör en stor utmaning i många system som involverar vågdynamik, som bildbehandling, astronomi, och fotolitografi. Till exempel, det bästa optiska mikroskopet har bara upplösning runt 200 nm, men den fysiska storleken på fotolitografiprocessen med en excimerlaser är runt tiotals nanometer. Under tiden, fysiska storlekar inom aktuell forskning och tillämpningar inom biologi och halvledarindustrin har minskat till flera nanometer, vilket är långt bortom förmågan hos optiska vågor.
Enligt Abbe -teorin, subvåglängdsfunktioner är vanligtvis associerade med flyktiga vågor, som förfaller exponentiellt med avståndet från målet. Som svar på detta problem, forskare har utvecklat många sätt att kringgå Abbe -gränsen, visar framgång i olika applikationer. I ett fall Nobelpriset i kemi 2014 tilldelades Eric Betzig, Stefan W. Hell, och William E. Moerner, för deras bidrag till utvecklingen av superupplöst fluorescensmikroskopi för biovetenskaplig forskning.
För närvarande, Det finns två huvudsakliga tillvägagångssätt för att övervinna diffraktionsgränsen i optik:närfält och fjärrfält. Nära fältmetoden använder en nanosiserad spets som skannar över provet och interagerar direkt med dessa bortfallande fält. Som en skanningsmetod, det ger högupplösta bilder men är alltid tidskrävande. Å andra sidan, långt fält närmar sig, såsom stimulerad utsläppsminskningsmikroskopi (STED), stokastisk optisk rekonstruktionsmikroskopi (STORM), och strukturerad belysningsmikroskopi (SIM), är baserade på fluorescerande märkning, begränsa dem från bredare applikationer - till exempel inom halvledarindustrin. Ett mer grundläggande tillvägagångssätt behövs-ett som är fritt från närfältsscanning och nanofabrikation samt fluoroforer.
Arbetsprincip för fjärrfält super-upplösning avbildning baserad på olinjärt exciterade evanescenta vågor. (a) Schematisk överlägsen avbildningsprocess med avlägsna fält med lokaliserad evanescent-vågbelysning upphetsad av FWM-process vid gränssnittet. Den inzoomade insatsen visar att FWM -processen äger rum på olinjärt mediums gränssnitt (b) Mekanism illustrerad i Fourier -utrymme. Upphovsman:Z. Zhao et al., doi 10.1117/1.AP.3.2.025001
Ett team av forskare från Shanghai Jiao Tong University utvecklade nyligen ett alternativt sätt att bryta Abbe-diffraktionsgränsen och förverkliga avbildning av subvåglängd på ett helt optiskt sätt. Som rapporterat i Avancerad fotonik , de föreslår lokaliserade evanescent-vågbelysning, som exciteras vid kiselytan genom blandning av fyra vågor, en tredje ordning olinjär optisk process. Sådana upphetsade vågor hjälper till att förverkliga superupplösning genom att de sprider en del av de evanescenta fälten i målet till det bortre fältet. Genom att variera vågvektorer av upphetsade vågor, delar av olika orienteringar i Fourierspektrum kan sedan erhållas. Kombinerat med en iterativ rekonstruktionsteknik som kallas Fourier ptychography, dessa flera Fourier-spektrala delar kan staplas ihop, återhämta ett förstorat Fourier-spektrum som inkluderar undanröjande fält-och därigenom realisera superupplöst avbildning i fjärran.
Avkänna de svängande vågorna runt ett mål, laget inser etikettfritt, icke -skanning av subvåglängdsavbildning i fjärrfältet. Författarna noterar att deras resultat också visar löfte för en ny typ av högupplöst fotolitografimekanism:konstruktiv interferens av sådana upphetsade avlägsna närfältvågor kan fokusera ljus till små fläckar långt under diffraktionsgränsen.
