Ученые нашли способ улучшить разрешение самых зорких оптических микроскопов

| 1223

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Университета Бангор (Великобритания) впервые экспериментально подтвердили наличие эффекта аномальной амплитудной аподизации для несферических частиц. Это позволяет преодолеть ограничения разрешения в сверхчувствительных оптических микроскопах и увеличить его. Результаты теоретических исследований и экспериментальное подтверждение были опубликованы в Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IF: 2,54). 

Фото: Эффект аномальной аподизации на примере кубической мезоразмерной частицы с аподизирующей маской

«Сущность явления амплитудной аподизации заключается в том, что если у обычной линзы закрыть часть поверхности — использовать оптический фильтр, амплитудную маску, — у нее увеличится разрешение, но катастрофически упадет интенсивность поля. Этот же эффект наблюдается для сферических диэлектрических частиц-линз, используемых в наноскопах. А наноскопы сегодня — одни из самых зорких среди оптических микроскопов, они обеспечивают разрешение в 50 нанометров в белом свете. Но если использовать в качестве линз несферические диэлектрические частицы, например, цилиндры, освещаемые с торца, либо кубики, то экранирование части поверхности приводит как к увеличению разрешения, так и увеличению интенсивности поля. Наблюдается эффект аномальной амплитудной аподизации. Этой теме посвящен целый цикл статей, опубликованных авторами нашего коллектива», — говорит профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин

Несферические частицы, как и сферические, работают как суперлинзы, собирающие эванесцентные — затухающие — волны.

Эти волны не ограничены дифракционным пределом и способны формировать изображение с необычайно высоким разрешением. 

В своей последней работе ученые приводят экспериментальные данные, подтверждающие наличие эффекта аномальной амплитудной аподизации в миллиметровом диапазоне длин волны. Так, в ходе экспериментов кубические диэлектрические частицы, часть поверхности которых (около 45 %) прикрыта амплитудной маской из меди, показали увеличение разрешения около 36 %, а увеличение интенсивности поля — более чем в 1,3 раза. 

Фото: Эффект аномальной аподизации на примере кубической мезоразмерной частицы без аподизирующей маски.

«Другими словами, используя сферические частицы-линзы, разрешение наноскопов можно увеличить только ценой потери энергии, а используя несферические, — увеличение разрешения происходит с увеличением интенсивности поля в фокусе.

При дальнейшем развитии метода с помощью несферических частиц возможно будет получать изображения крупных биологических молекул, вирусов, внутренностей живых клеток без трудоемкой подготовки образцов, что требуется, например, при флуоресцентной микроскопии»,

— отмечает ученый. 

Добавим, исследование поддержано грантами Великобритании, реализуется при финансовой поддержке российских вузов, в частности из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.   

Справка:

Другие статьи коллектива по теме: Phys. D: Appl. Phys. 50 (2017) 175102,

Annalen der Physik (2017), V. 530, iss. 2. P. 264–271.

ТПУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.

Персоны