De microscoop breidt het menselijk gezichtsvermogen effectief uit naar de microwereld. Het ondersteunt brede toepassingen in wetenschappelijk onderzoek, biomedische diagnose, de industrie en daarbuiten. Het uiteindelijke doel is superresolutie, maar gaandeweg werken onderzoekers aan compacte, miniatuurapparaten met uitgebreide prestaties voor een breed gezichtsveld (FOV), grote scherptediepte (DOF) en een hoge doorvoer.

Traditionele optische microscopen zijn gebaseerd op refractieve optische elementen, die meestal omvangrijk en zwaar zijn met beperkingen in FOV en DOF, hoewel ze aanzienlijk zijn ontwikkeld. Platte diffractieve lenzen leken een mogelijke oplossing te bieden om beeldsystemen te miniaturiseren, maar ze bereiken een lage efficiëntie en slechte beeldkwaliteit. Recente lensloze beeldvormingstechnologie zorgt voor een aanzienlijke revolutie in de beeldtechnologie en maakt zeer compacte beeldapparatuur mogelijk, maar deze is sterk afhankelijk van nabewerkingsberekeningen, die veel middelen vergen en vervorming veroorzaken.

De technologie van Metalen opent een nieuwe manier om ultracompacte en lichtgewicht optische beeldvormingssystemen te realiseren. Een metalens is een soort meta-oppervlak dat bestaat uit subgolflengte-eenheden met een krachtig vermogen om licht te manipuleren. Een innovatieve polarisatie gemultiplexte metalens-array (gebaseerd op silicium nanoposten) werd voorgesteld om een ​​compacte en breedveldmicroscoop te realiseren die conventionele FOV-beperkingen doorbreekt, maar de beeldkwaliteit is relatief slecht vanwege de lage efficiëntie met achtergrondruis, en de algehele FOV is nog kleiner dan die van een traditionele microscoop met dezelfde resolutie.

Aanzienlijk verbeterde beeldkwaliteit is nu mogelijk met beeldvorming met een hogere resolutie, dankzij onderzoekers van de Nanjing University die een polarisator-ingebed metalens-beeldvormingsapparaat (PMID) hebben ontwikkeld. Zoals gemeld inGeavanceerde fotonica , wordt de PMID geïmplementeerd op basis van een siliciumnitride-meta-oppervlak gemonteerd op een CMOS-beeldsensor met een vast circulair polarisatiefilter tussen de twee. Het elimineert achtergrondgeluiden en maakt zelfs inzoomen mogelijk.

Het systeem is gebaseerd op een speciale co-en-cross-gemultiplexte metalens-array en ingebedde polarisator. Door ze te integreren in een CMOS-sensor op chipschaal, hebben de onderzoekers met succes een hoogwaardige microscopietechniek met breed gezichtsveld en grote DOF ontwikkeld. Aanzienlijk hoge prestaties worden bereikt, met een 4×4-mm ² FOV, een 1,74-μ m resolutie (beperkt door de CMOS-pixelgrootte), en een ~200-μ m DOF (golflengtebereik 450-510 nm). Deze FOV is ongeveer 5 tot 7 keer die van een traditionele microscoop met dezelfde resolutie. Het team demonstreerde de uitstekende microscopieprestaties door een groot aantal bio-specimens in beeld te brengen.

Volgens senior auteur Tao Li, hoofdonderzoeker aan het National Laboratory of Solid-State Microstructures van Nanjing University:"Voor zover wij weten, is dit de eerste keer dat een metalens-imager toegang heeft tot een groter gezichtsveld dan een traditionele microscoop met vergelijkbare beeldkwaliteit. Door de verlichtingsgolflengte te vegen, kan het apparaat tegelijkertijd grote scherptediepte-beeldvorming bereiken, dankzij de grote dispersieve aard van de metalens." Li merkt verder op:"Deze PMID op chipschaal maakt de implementatie mogelijk van een geminiaturiseerd draagbaar microscoopsysteem, met een duizendvoudige reductie in volume en gewicht in vergelijking met een traditionele microscoop."

Deze microscoop op chipschaal belooft een revolutie teweeg te brengen in traditionele optische apparaten en presenteert een nieuwe horizon van ultracompacte beeldvormingsapparaten aangedreven door metatechnologie. + Verder verkennen

Ultracompacte metalens-microscopie doorbreekt FOV-beperkingen