Bij een bezoek aan de optometrist gaat het vaak om optische coherentietomografie. Dit beeldvormingsproces maakt gebruik van infraroodstraling om de lagen van het netvlies binnen te dringen en het in drie dimensies nauwkeuriger te onderzoeken zonder het oog te hoeven aanraken. Hierdoor kunnen oogspecialisten ziekten zoals glaucoom diagnosticeren zonder enige fysieke tussenkomst. Echter, deze methode zou een nog groter potentieel voor de wetenschap hebben als een kortere stralingsgolflengte zou worden gebruikt, waardoor een hogere resolutie van het beeld mogelijk is. Natuurkundigen van de Friedrich Schiller Universiteit Jena (Duitsland) hebben dat nu bereikt en hebben hun onderzoeksresultaten gerapporteerd in het laatste nummer van het vaktijdschrift optiek .

Eerste XUV-coherentietomografie op laboratoriumschaal

Voor de eerste keer, de universitaire natuurkundigen gebruikten voor dit proces extreme ultraviolette straling (XUV), die werd gegenereerd in hun eigen laboratorium, en zo konden ze de eerste XUV-coherentietomografie op laboratoriumschaal uitvoeren. Deze straling heeft een golflengte tussen de 20 en 40 nanometer, van waaruit het dus maar een kleine stap is naar het röntgenbereik. "Grootschalige apparatuur, dat wil zeggen deeltjesversnellers zoals het Duitse Elektronen-Synchotron in Hamburg, zijn meestal nodig voor het genereren van XUV-straling, ", zegt Silvio Fuchs van het Institute of Optics and Quantum Electronics van de Jena University. "Dit maakt zo'n onderzoeksmethode erg complex en kostbaar, en alleen beschikbaar voor een paar onderzoekers."

De natuurkundigen uit Jena hebben deze methode al gedemonstreerd bij grote onderzoeksfaciliteiten, maar ze hebben het nu op kleinere schaal toegepast. Bij deze benadering ze richten een ultrakorte, zeer intense infrarood laser in een edelgas, bijvoorbeeld argon of neon. "De elektronen in het gas worden versneld door middel van een ionisatieproces, " legt Fuchs uit. "Ze zenden dan de XUV-straling uit." Het is waar dat deze methode inefficiënt is, aangezien slechts een miljoenste deel van de laserstraling daadwerkelijk wordt omgezet van infrarood naar het extreem ultraviolette bereik, maar dit verlies kan worden gecompenseerd door het gebruik van zeer krachtige laserbronnen. "Het is een simpele berekening - hoe meer we erin stoppen, hoe meer we naar buiten gaan, ’, vult Fuchs aan.

Er ontstaan ​​sterke beeldcontrasten

Het voordeel van XUV-coherentietomografie is dat, naast de zeer hoge resolutie, de straling heeft een sterke wisselwerking met het monster, omdat verschillende stoffen anders op licht reageren. Sommige absorberen meer licht en andere minder. Dit zorgt voor sterke contrasten in de beelden, die de onderzoekers belangrijke informatie verschaffen, bijvoorbeeld over de materiaalsamenstelling van het te onderzoeken object.

"Bijvoorbeeld, we hebben op een niet-destructieve manier driedimensionale afbeeldingen gemaakt van siliciumchips waarop we het substraat duidelijk kunnen onderscheiden van structuren die uit andere materialen bestaan, ", zegt Silvio Fuchs. "Als deze procedure in de biologie zou worden toegepast - voor het onderzoeken van cellen, bijvoorbeeld, wat een van onze doelen is:het zou niet nodig zijn om monsters te kleuren, zoals gebruikelijk is bij andere microscopiemethoden met hoge resolutie. Elementen zoals koolstof, zuurstof en stikstof zouden zelf voor het contrast zorgen."

Voordat dat mogelijk is, echter, de natuurkundigen van de Universiteit van Jena hebben nog wat werk te doen. "Met de lichtbronnen die we nu hebben, we kunnen een diepteresolutie tot 24 nanometer bereiken. Hoewel dit voldoende is voor het maken van afbeeldingen van kleine structuren, bijvoorbeeld in halfgeleiders, de structuurgroottes van huidige chips zijn in sommige gevallen al kleiner. Echter, met nieuwe, nog krachtigere lasers, met deze methode moet in de toekomst een diepteresolutie van slechts drie nanometer kunnen worden bereikt, " merkt Fuchs op. "We hebben in principe aangetoond dat het mogelijk is om deze methode op laboratoriumschaal toe te passen."

Het doel op lange termijn is om een ​​kosteneffectief en gebruiksvriendelijk apparaat te ontwikkelen dat de laser combineert met de microscoop, waardoor de halfgeleiderindustrie of biologische laboratoria deze beeldvormingstechniek gemakkelijk zouden kunnen gebruiken.