Bij biologische microscopie en röntgenbeeldvorming, veel transparante objecten of structuren zijn moeilijk waar te nemen. Door hun geringe absorptie van licht, de gebruikelijke intensiteitsmetingen werken niet. In plaats daarvan, de structurele informatie wordt voornamelijk overgebracht door de verschillende faseveranderingen van licht terwijl het zich door verschillende delen van een object voortplant.

Zernike vond fasecontrastmicroscopie uit om transparante objecten zichtbaar te maken, het ontvangen van de Nobelprijs voor Natuurkunde in 1953. Later, om het contrast verder te vergroten, er is een methode ontwikkeld die bekend staat als differentiële interferentiecontrastbeeldvorming om de faseveranderingen kwantitatief om te zetten in intensiteiten, het verstrekken van informatie over het optische pad dat wordt ervaren door licht wanneer het zich door een object voortplant - de optische dikte ervan. Methoden op basis van interferentie-opstellingen of nanostructuur-apparaten zijn ook gedemonstreerd. Echter, huidige methoden zijn afhankelijk van complexe configuraties, resulterend in moeilijkheden van optische uitlijning en aanpassing.

Optische berekening van ruimtelijke differentiatie:voorbij randdetectie

Een oplossing voor deze problemen kan worden gevonden in optische berekening van ruimtelijke differentiatie voor elektrische velden van invallend licht, licht beschouwen als een elektromagnetische golf. Tot dusver, de toepassing is beperkt tot randdetectie waar het het contrast van randen van transparante objecten kan verbeteren. Echter, het heeft de moeilijkheid van het kwantitatieve faseverdelingsherstel niet opgelost. Onlangs, een team van onderzoekers onder leiding van Zhichao Ruan van de Zhejiang University heeft een instelbare ruimtelijke differentiatie ontwikkeld om de faseverdeling te karakteriseren en kwantitatief te herstellen.

De groep van Ruan laat zien dat een eenvoudig schema - het aanpassen van de polarisatoren - optisch de ruimtelijke differentiatie van het invallende lichtveld langs verschillende richtingen kan berekenen. Ze verbeterden ook het contrast door een uniforme constante achtergrond af te stemmen als een bias, het creëren van een virtuele lichtbron die een schaduw werpt op de gemeten beelden. Op basis van deze biasbenadering ze kunnen de fasetoename en -afname in lichtveldverdeling onderscheiden en de optische dikte van waargenomen objecten met een hoge mate van nauwkeurigheid (binnen 0,05λ) kwantificeren.

De methode is eenvoudig, flexibel, en veel goedkoper dan de huidige methoden. Het omzeilt de fabricage van complexe structuren, evenals moeilijkheden van optische uitlijning en aanpassing. Misschien wel het belangrijkste, de voorgestelde methode is onafhankelijk van de lichtgolflengte en kan nieuwe wegen openen om de fase in röntgen- of elektronenmicroscopiebeeldvorming te kwantificeren.