Optisk kohærens tomografi i høj opløsning uden partikelaccelerator

Et besøg hos optometrist involverer ofte optisk kohærens tomografi. Denne billeddannelsesproces bruger infrarød stråling til at trænge igennem lagene på nethinden og undersøge den nærmere i tre dimensioner uden overhovedet at skulle røre øjet. Dette gør det muligt for øjenspecialister at diagnosticere sygdomme som glaukom uden fysisk indgriben. Imidlertid, denne metode ville have endnu større potentiale for videnskab, hvis der blev brugt en kortere strålingsbølgelængde, hvilket muliggør en højere opløsning af billedet. Fysikere ved Friedrich Schiller University Jena (Tyskland) har nu opnået netop det, og de har rapporteret deres forskningsresultater i det seneste nummer af specialetidsskriftet Optica .

Første XUV -koherensstomografi i laboratorieskala

For første gang, universitetsfysikerne brugte ekstrem ultraviolet stråling (XUV) til denne proces, som blev genereret i deres eget laboratorium, og de var således i stand til at udføre den første XUV -kohærensstomografi i laboratorieskala. Denne stråling har en bølgelængde på mellem 20 og 40 nanometer, hvorfra det derfor kun er et lille skridt til røntgenområdet. "Stort udstyr, det vil sige partikelacceleratorer som den tyske Elektronen-Synchotron i Hamborg, er normalt nødvendige for at generere XUV -stråling, "siger Silvio Fuchs fra Institute of Optics and Quantum Electronics fra Jena University." Dette gør en sådan forskningsmetode meget kompleks og dyr, og kun tilgængelig for få forskere. "

Fysikerne fra Jena har allerede demonstreret denne metode på store forskningsfaciliteter, men de har nu anvendt det i mindre skala. I denne tilgang, de fokuserer på en ultrakort, meget intens infrarød laser i en ædel gas, for eksempel argon eller neon. "Elektronerne i gassen accelereres ved hjælp af en ioniseringsproces, "forklarer Fuchs." De udsender derefter XUV -strålingen. "Det er rigtigt, at denne metode er ineffektiv, da kun en milliondel af laserstrålingen faktisk transformeres fra infrarød til det ekstreme ultraviolette område, men dette tab kan opvejes ved brug af meget kraftfulde laserkilder. "Det er en simpel beregning - jo mere vi lægger i, jo mere vi kommer ud, "tilføjer Fuchs.

Der produceres stærke billedkontraster

Fordelen ved XUV koherens tomografi er, at ud over den meget høje opløsning, strålingen interagerer stærkt med prøven, fordi forskellige stoffer reagerer forskelligt på lys. Nogle absorberer mere lys og andre mindre. Dette skaber stærke kontraster i billederne, som giver forskerne vigtig information, for eksempel angående materialesammensætningen af ​​objektet, der undersøges.

"For eksempel, vi har skabt tredimensionelle billeder af siliciumchips på en ikke-destruktiv måde, hvorpå vi klart kan skelne substratet fra strukturer bestående af andre materialer, "siger Silvio Fuchs." Hvis denne procedure blev anvendt i biologi - til undersøgelse af celler, for eksempel, hvilket er et af vores mål - det ville ikke være nødvendigt at farveprøver, som det er normal praksis i andre mikroskopimetoder i høj opløsning. Elementer som kulstof, ilt og nitrogen ville selv give kontrasten. "

Inden det er muligt, imidlertid, fysikerne ved University of Jena har stadig noget at gøre. "Med de lyskilder, vi har i øjeblikket, vi kan opnå en dybdeopløsning ned til 24 nanometer. Selvom dette er tilstrækkeligt til at producere billeder af små strukturer, for eksempel i halvledere, strukturstørrelserne på nuværende chips er i nogle tilfælde allerede mindre. Imidlertid, med nye, endnu mere kraftfulde lasere, det bør være muligt fremover at opnå en dybdeopløsning på så lidt som tre nanometer med denne metode, "bemærker Fuchs." Vi har principielt vist, at det er muligt at bruge denne metode i laboratorieskala. "

Det langsigtede mål er at udvikle en omkostningseffektiv og brugervenlig enhed, der kombinerer laseren med mikroskopet, hvilket ville sætte halvlederindustrien eller biologiske laboratorier i stand til let at bruge denne billeddannelsesteknik.