Hochauflösende optische Mikroskopie mittels transmissiver Mikrostrukturen (HoMiTrans)

Die hochauflösende Untersuchung von Objektdetails ist eine wesentliche Grundlage vieler Bereiche der Forschung, Entwicklung und Fertigung. Eine einfache Möglichkeit bietet die klassische Lichtmikroskopie. Ihr Auflösungsvermögen ist allerdings durch die von E. Abbe beschriebene Auflösungsbedingung begrenzt. Daher sind in der Vergangenheit immer wieder Methoden zur Überwindung dieser Grenze untersucht worden. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Auflösung bietet das Aufbringen von Mikrosphären auf der Objektoberfläche. Die erreichbare Auflösung hängt dabei im Wesentlichen vom Durchmesser und dem Brechungsindexunterschied zwischen Mikrosphäre und Umgebungsmedium ab. In der Literatur wurden mit einem Lichtmikroskop Objekte mit einem Abstand von < 100 nm aufgelöst, was einem Auflösungsvermögen deutlich kleiner als der Wellenlänge entspricht. Derzeit existiert jedoch kein allgemeingültiges Modell zur Erklärung dieses experimentell beobachteten Effekts. Ein umfassendes Verständnis ist aber essenziell für die Bewertung der Grenzen und Möglichkeiten des Verfahrens sowie zur Optimierung der Abbildungseigenschaften der eingesetzten Mikrostrukturen. Experimentelle Daten sind in der Literatur auf Untersuchungen an sphärischen Mikrostrukturen limitiert, mit denen weder verzerrungsfreie Abbildungen noch größere Bildausschnitte realisiert werden können. Untersuchungen an Mikrostrukturen, die von einer sphärischen Form abweichen, sind auf Simulationen ihrer Fokussierungseigenschaften beschränkt, experimentelle Umsetzungen liegen nicht vor.

Im Rahmen des beantragten Vorhabens werden zwei Ziele verfolgt: 1. Die Entwicklung eines theoretischen Modells zur Erklärung der Überwindung der beugungsbegrenzten Auflösungsgrenze nach Abbe (im Folgenden als Hochauflösung bezeichnet): Im Gegensatz zur Literatur basiert der hier verfolgte Ansatz auf den Prinzipien der skalaren Beugungstheorie. Dieser Ansatz soll im Projekt dazu dienen, die Einkopplung der evaneszenten Felder in die Mikrostruktur in einfacher Weise zu beschreiben. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der Rechenzeit und erlaubt eine iterative Optimierung der Mikrostrukturen in Bezug auf die Abbildungsqualität. 2. Die experimentelle Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse: Während in der Literatur bisher nur sphärische Strukturen experimentell untersucht und asphärische Strukturen durch Simulationen beschrieben wurden, sollen hier Sphären und Freiform-Strukturen mittels direktem Laserschreiben hergestellt, optisch charakterisiert und daran der Effekt der Hochauflösung gezeigt werden. Das beantragte Vorhaben ermöglicht somit, ein grundsätzliches theoretisches Verständnis der Hochauflösung zu erlangen, sowie die Strukturen für optimierte, hochauflösende optische Lichtmikroskopie durch direkt schreibbare sphärische und Freiform-Mikrostrukturen praktisch anzuwenden.

Laufzeit:

01.05.2020-31.07.2024

Förderkennzeichen:

BE 1924/56-1, 431605610

Fördermittelgeber:

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft