เทคนิคตำแหน่งใหม่ทำลายขีดจำกัดการเลี้ยวเบน

ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนถูกทำลายด้วยปัจจัย 38 โดยเทคนิคใหม่ที่ใช้ไมโครเวฟเพื่อค้นหาวัตถุ เทคนิคนี้พัฒนาขึ้นโดยนักฟิสิกส์ในฝรั่งเศสและเยอรมนี โดยได้แรงบันดาลใจจากวิธีรหัสรูรับแสง และทำงานโดยปล่อยให้แสงหรือคลื่นเสียงสะท้อนและกระจายแบบสุ่มภายในพื้นที่ปิด เทคนิคนี้พัฒนาขึ้นโดยสมาชิกสามคนเทคนิคนี้ถูกนำมาใช้เพื่อระบุตำแหน่งของลูกบาศก์ขนาดเล็กภายใน 1/76 ของ ความยาวคลื่น

ไมโครเวฟที่ใช้

ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนกำหนดขอบเขตล่างที่เข้มงวดกับความละเอียดของเทคนิคการถ่ายภาพและตำแหน่งที่ใช้แสง เสียง หรือคลื่นอื่นๆ ขีดจำกัดนี้ทำให้ไม่สามารถใช้วิธีทั่วไปในการแยกแยะคุณลักษณะที่มีขนาดเล็กกว่า 1/2 ของความยาวคลื่นที่ใช้ได้ นี่เป็นปัญหาสำหรับเทคนิคการถ่ายภาพและตำแหน่ง

ที่เป็นที่นิยมซึ่งใช้อัลตราซาวนด์ ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุ ซึ่งมีความยาวคลื่นตั้งแต่หลายร้อยไมครอนไปจนถึงเมตรมีหลายวิธีในการเอาชนะขีดจำกัดการเลี้ยวเบน เช่น การวางเครื่องตรวจจับให้ห่างจากวัตถุน้อยกว่าครึ่งความยาวคลื่น และการตรวจจับคลื่นระเหยที่มีอายุสั้น แต่เทคนิคเหล่านี้มักทำได้ยาก

หรือใช้ไม่ได้จริงช่องที่มีรูปร่างผิดปกติทั้งสามคนใช้วิธีอื่นตามแนวคิดรหัสรูรับแสง ซึ่งใช้ในแอพพลิเคชั่นการถ่ายภาพเฉพาะทาง ที่นี่ โครงสร้างการกระเจิง เช่น ช่องที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอจะอยู่ระหว่างวัตถุที่ส่องสว่างกับตัวตรวจจับพิกเซลเดียว โครงสร้างการกระเจิงมีการเปลี่ยนแปลงโดยใช้รหัสมาสก์

ที่ปิดกั้นรูปแบบของคลื่นบางอย่างไม่ให้ไปถึงเครื่องตรวจจับ มีการวัดหลายครั้งและผลลัพธ์จะถูกใช้เพื่อสร้างการสร้างวัตถุขึ้นใหม่ทางคณิตศาสตร์จากแนวทางนี้ ทั้งสามได้ค้นพบวิธีที่จะทำให้เทคนิคมีความไวต่อรายละเอียดย่อยของความยาวคลื่นมากขึ้น สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการวางทั้งวัตถุและแหล่งกำเนิด

แสงภายในโพรงที่คลื่นสามารถกระจายออกจากผนังได้ (ดูรูป) ลักษณะสำคัญของเทคนิคนี้คือ คลื่นจะชนกับวัตถุหลายครั้งก่อนที่จะมาถึงเครื่องตรวจจับซึ่งอยู่ภายในโพรง นอกจากนี้ ภายในโพรงยังมีเมตาพื้นผิวสะท้อนแสงที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโครงสร้างการกระเจิง

โครงข่าย

ประสาทเทียมเพื่อทดสอบเทคนิคของพวกเขา ทั้งสามคนวางลูกบาศก์โลหะขนาด 4.5 ซม. ในช่องที่มีความกว้างเมตร ลูกบาศก์สว่างด้วยไมโครเวฟความยาวคลื่น 12 ซม. และสัญญาณของเครื่องตรวจจับได้รับการประมวลผลโดยใช้โครงข่ายประสาทเทียม เมื่อลูกบาศก์ถูกย้ายไปยังตำแหน่งสุ่มต่างๆ 

ภายในกล่อง ทีมงานสามารถระบุตำแหน่งของมันได้ภายในระยะเพียง 0.16 ซม. ที่ประมาณ 1/76 ของความยาวคลื่นไมโครเวฟ ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ความแม่นยำเชิงพื้นที่นี้ดีขึ้นเมื่อปล่อยให้คลื่นสะท้อนนานขึ้นแม้ว่าแนวคิดนี้จะยังคงเป็นแนวทางบางอย่างจากการใช้งานจริง 

แต่ทีมงานเชื่อว่าสามารถพัฒนาต่อไปเพื่อค้นหาวัตถุขนาดเล็กภายในห้องขนาดใหญ่ได้โดยไม่รุกราน โดยใช้เสียงสะท้อนของวิทยุหรือคลื่นเสียงแต่เนื่องจากสเกลของฟลูออเรสเซนซ์มีความเข้มในกล้องจุลทรรศน์ TPF มากกว่าในเทคนิคเชิงเส้น สัญญาณส่วนใหญ่จึงถูกสร้างขึ้นเมื่อแสงโฟกัส

ไปที่ตัวอย่าง เนื่องจากที่นี่ความเข้มจะสูงสุด (รูปที่ 1 ข ) อันที่จริง สำหรับเลนส์ ใกล้วัตถุที่ดี พื้นที่นี้อาจมีขนาดเล็กถึง 1 μm 3การแปลเป็นภาษาท้องถิ่นนี้ฟังดูดี แต่ก็แลกมาด้วยราคา ซึ่งโดยทั่วไปแล้วกระบวนการที่ไม่เชิงเส้นจะเหนี่ยวนำได้ยากกว่ากระบวนการเชิงเส้น ในความเป็นจริง ทุกสิ่งเท่าเทียมกัน 

ต้องการแหล่งกำเนิดแสงที่มีพลังมากกว่าแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้กับกล้องจุลทรรศน์ธรรมดาประมาณหนึ่งล้านเท่า แต่เราสามารถทำให้ TPF ทำงานได้โดยการเปลี่ยนไปใช้เลเซอร์ที่เร็วมาก ซึ่งจะรวมโฟตอนของลำแสงให้เป็นพัลส์ที่สั้นมากแต่รุนแรง ซึ่งทำให้เกิดความเข้มสูงสุดที่มากโดยไม่เพิ่มกำลังเฉลี่ย 

การใช้แนวทางนี้ ในปี 1990 กลุ่มเป็นกลุ่มแรกที่ใช้ TPF ในกล้องจุลทรรศน์และสังเกตตัวอย่างทางชีววิทยาโดยไม่ทำลายพวกมันการทำให้วัตถุเรืองแสงในขณะที่สสารรอบๆ วัตถุยังคงมืดอยู่นั้นเป็นเพียงวิธีหนึ่งในการสร้างคอนทราสต์ที่จำเป็นในการสร้างภาพ และกลุ่มอื่นๆ ได้พัฒนากลไกแบบไม่เชิงเส้น

ที่คล้ายคลึงกัน

อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถสร้างคอนทราสต์ของภาพในสื่อชีวภาพได้เช่นกัน ซึ่งรวมถึงการสร้างฮาร์มอนิกที่สอง (หรือสาม) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มพลังงานของโฟตอนสอง (หรือสาม) เพื่อสร้างโฟตอนเดี่ยวที่มีพลังงานเป็นสองเท่า (หรือสามเท่า) อีกตัวอย่างหนึ่งคือการกระเจิงแบบต้านสโตกส์รามาน

ที่สอดคล้องกัน ซึ่งโฟตอนจะกระจัดกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่น เพิ่มพลังงานให้เท่ากับหนึ่งในโหมดการสั่นของโมเลกุล สูบข้อมูลนักวิจัยได้เปิดประตูสำหรับการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบไม่เชิงเส้นเพื่อศึกษาเนื้อเยื่อชีวภาพโดยการสาธิตกลไกความคมชัดแบบไม่เชิงเส้นเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม 

ศักยภาพของมันยังไม่ถูกนำไปใช้เนื่องจากมันง่ายกว่าที่จะใช้เทคนิคที่สร้างแสงที่มีสีต่างกันไปยังลำแสงที่เข้ามา เนื่องจากสามารถตรวจจับแสงที่ปล่อยออกมาได้ค่อนข้างง่ายโดยใช้ฟิลเตอร์สี น่าเสียดายที่การโต้ตอบแบบไม่เป็นเชิงเส้นส่วนใหญ่ไม่ได้สร้างสีที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงยากต่อการตรวจจับ

แม้ว่านักฟิสิกส์และนักสเปกโทรสโกปีจะคุ้นเคยกับปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ แต่กลยุทธ์การวัดในปัจจุบันกลับใช้พลังงานมากเกินไปจนไม่สามารถใช้ได้กับเนื้อเยื่อ (หรืองานศิลปะ) อย่างไรก็ตาม เทคนิคที่ไม่เชิงเส้นเหล่านี้บางส่วนสามารถให้ความเปรียบต่างที่จำเป็นในการสร้างภาพโดยการวัดความเข้มของแสง

จากส่วนต่างๆ ของตัวอย่าง สิ่งเหล่านี้รวมถึงการดูดกลืนความถี่รวม (SFA) และการดูดกลืนสถานะกระตุ้น (ESA) ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เกี่ยวข้องกับตัวอย่างที่ดูดซับโฟตอนที่มีความยาวคลื่นต่างกัน 2 โฟตอนที่หนึ่งจากเลเซอร์ “ปั๊ม” และอีกอันหนึ่งจากเลเซอร์ “โพรบ” (รูปที่ 2) . ใน SFA โฟตอนทั้งสองจำเป็นต้องมาถึงพร้อมกัน ในขณะที่ใน ESA โมเลกุลจะอยู่ในสภาวะตื่นเต้นก่อนหลังจากดูดซับโฟตอน

Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย