Giriş Giriş Giriş

Reraktif indeks, önemli optik özelliklerden biridir, ışık hızını ve arayüzlerdeki bükmeyi yönetir. Sadece yüksek çözünürlükte değil, aynı zamanda uzaysal varyasyonları da haritalama yeteneği - yüksek çözünürlükte sürekli yeniliklere sahip olur, optik inhomogeneities – uzun yıllar boyunca anlamlı olan optik yüzeyler ve lenslerin üstesinden gelmek için gerekli olan bu tür yöntemler, bu tür fiziksel bozukluklara ve fiziksel hassasiyetlere neden olur.

Refraktif Index ölçümünün temel ilkeleri

Rejim indeksi:0)[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici)[Dönetici: 10/Dönetici))))))) Bu türdeki ışıkların yüksek çözünürlükte veya yanlışları ortaya çıkarır.

Geleneksel ölçüm teknikleri ve onların Sınırları

Reraktometri

Abbe refractometresi ve varyantları kritik açı yöntemine güveniyor: Bilinen bir reraktif indeksin prizsi ile temas halinde bir örnek aydınlatılır ve toplam içsel yansıma açısı ölçülür. Basit ve sağlam olsa da, Abbe reraktometrisi sadece tek bir nokta ölçüm sunar ve yüzeysel varyasyonları örneklem içinde çözemez.

Interferometry

Klasik interferometreler (Michelson, Mach-Zehnder, Twyman-Green) bir test dalgası iletilen veya referans dalgası ile örneklerden yansıyan bir test dalgası ile karşılaştırılır. Fringe analizi, optik yol farkı sağlar, bu nedenle refraktif indeksin elde edilebilir.Bu yöntemler yüksek hassasiyete sahip olabilir ( ⁇ /100 veya daha iyi) ancak dikkatli titreşim izolasyonu gerektirir ve genellikle düşük saçılma ile şeffaf örneklerle sınırlıdır. Spatial çözünürlük, görüntüleme optik yol farkı ile belirlenir.

Ellipsometri

Ellipsometri, kutuplaşma durumundaki değişimin bir yüzeyden yansıyan bir ölçüye göre ölçülmesini sağlar.It is very sensitive to fine movie (sub-nanometer kalınlık) and can determine both refractive index and kalınlık aynı anda. Ancak, bu, veri yorum için bir model gerektirir ve genellikle planlı yüzeylerle sınırlı değildir; bir malzemenin içinde daha sonra indeksleme varyasyonları kolayca haritaya göre yapamaz.

Common Limitations

Tüm geleneksel yöntemler hassas, uzaysal çözünürlük, hız ve örnek gereksinimlerin arasında ticaretle karşı karşıya kalmaktadır. Yüzey kalitesi, birden fazla saçılma ve mekanik taramanın karakterizasyonu genellikle heterojen, kaba veya dinamik örneklerin karakterizasyonu engelleyerek. Bu eksiklikler daha ince ışık-oper etkileşimlerin gelişimini motive etti.

Yüksek Çözünürlük Refraktif Index Mapping için fiziksel optik teknikler

Dijital Holografi

Dijital holografi (DH) tam karmaşık optik alanı kaydeder - hem de amplitüd ve fazı - örnekle entegre edilen optik yol ile veya örnekletilen ışık değişkenleri ile çarpıtabilir. DH, diffüz-kanıklı daha sonra çözünürlük ve nanometre-öldürülebilir hassasiyetlere ulaşabilir.

  • [FONT:0) Full-field görüntüleme: [Döndilmiş Olmayanlar: [Dönüşük Bir Tarama Alanı Tek Bir Çarpıcı (veya birkaç faz değiştirmiş çekim) yakalanır.
  • [FONT:0)Quantitative faz görüntüleme:[Dönemli:[Dönetici indeks ve kalınlığın ürünü, kalınlıkları bilinen veya tahmin edilebilir olduğunda indeks varyasyonlarının çıkarılmasına izin verir.
  • [FONT:0]Dynamic ölçüm: [Dynamic ölçümü: Yüksek hızlı kameralar, canlı hücrelerin gerçek zamanlı gözlemlerine, sıvı akışlara veya gelişmekte olan materyal arayüzlere izin veriyor.

Dijital holografi, mikrofluidic kanalları, polimer karışımları ve biyolojik hücrelerde yankılanan endeksleri ölçmek için yaygın olarak uygulanır.) -4 [Döndergiler DH, hareketli parçalar olmadan videoya olanak sağlar. Dış kaynak: [[Üye Olmayanlar:2Rezersiz indeks ölçümleri için dijital holografinin kapsamlı bir incelemesi (Optik Express, 2014).

Optik Coherence Tomography (OCT)

Optik koherens tomografi, konherens uzunluğu (tipik olarak 1-15 μm) ile veya bir spektrometre (Dörtücü-bölgesel ışık) ile bağlantıya geçtiğinde, referansın uzunluğundaki (tipik olarak 1–15 μm) ile bağlantıya geçiş yapılır.

OCT özellikle biyolojik dokular için güçlüdür (örneğin, retina, deri, arter duvarlar) ki reraktif indeks inhomogeneities, hücresel yapılar, kolaj fonksiyonunu analiz ederek yüksek doğrulukla grup reraktif indeksi ölçebilir.

  • [FONT=0)Polarizasyon-sensitive OCT[Dönetici için DYT:1).
  • [FONT=0)Doppler OCT[[DFLT:1] Akış ve refraktif indeks gradient algılama için.
  • [FONT=0]Spectrooskopik OCT[[Dönetici: 1), dalga boyuna bağımlı indeks varyasyonları elde etmek için.

OCT'nin reraktif indeks varyasyonları için duyarlılığı genellikle 10 aralığındadır[Dönetici:0)[Dönetici:2)[Dörtücük Optik Express, 2017)) RIU, sisteme ve sinyal-noise oranına bağlı olarak. daha fazla ayrıntı için bakınız:ENFLT:4).

Faz-Shifting Interferometry (PSI)

Faz değişikliği, bir algoritmayı (örneğin, Carre, Hariharan) kullanarak, kontrol edilen bir şekilde farklı bir şekilde (genellikle 3-5 adım) değişkenli olarak, 10 [Düzücük indeksleme ve uygulama)[Döneticileri, yüksek doğrulukla hesaplanan, bağımsız değişkenleri ölçerek, statik olmayan ölçümlerin (özellikle de farklı olmayan) sayısal analizlerini ölçebilmeleri için, 10[Düzücü indeksleme) ile ilgili olarak kullanılır.

Speckle Interferometry

Kompiyonlu ışık kaba bir yüzeyden veya homojen bir ortamdan saçlandığında, spektral olmayan değişkenlerin belirlenmesi veya yeniden tanımlanmasında değişkenli değişikliklerle ilgili değişkenleri tespit eden bir değişkenlik yöntemiyle (örneğin, transkriptiyonel analizleri) ve transistörel analizler için uygun olmayan değişkenleri tespit etmek için uygun şekilde uygulanabilir.Intraksiyonel analizler ile ilgili ayrıntılı analizler yapılır.Skle interferometry (ESPI) ve hearography, sabit olmayan yüzeyler için uygun olmayan bir şekilde test için uygulanabilir.

Yüzey Plasmon Resonance (SPR) ve Plasmonik Sensing

Yüzey plazmonik rezonans metal yüzeyinin yakınında (200 nm) rezotik indeksleri 10 °C olarak algılamak için yüksek çözünürlükte (Dönetici) ile yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (örneğin, nano-partiküller) ile ilgili olarak, nano-partiküller için yüksek çözünürlükte (örneğin, nano-partiküller) ile ilgili olarak daha yüksek çözünürlükte (örneğin,) olarak incelenebilir.

Yakın zamanda Optik Mikroscopy (NSOM)

NSOM, aynı zamanda SNOM olarak da bilinir, NSOM, uzaysal bir çözüm kullanılarak difraksiyon limitini aşabilir veya alana yakın optik ipucunu test edebilir.In ki, yerel kompleks reraktif indeksi ile, NSOM aynı anda haritada topografi ve refraktif indeksleme varyasyonlarını algılayabilir. -50 nm. Faz-si duyarsız NSOM (örneğin, bir heterozis algılama programı kullanarak) yerel kompleksleri ölçebilir ve ince filmlerde heterojenleri açıklayabilir.

C ⁇ Gelişleri ve Makine Öğrenmeleri

Modern fiziksel optik tekniklerle üretilen verilerin yığın hacmi –özellikle tam saha görüntüleme veya tomografide – talep edilen sofistike işleme. Makine öğrenme (ML) ölçüm, hız ve sağlamlığı artırmak için güçlü bir araç olarak ortaya çıktı:

  • [FONT:0)Phase unwrapping: Deep sinir ağları (örneğin, UNet- bazlı mimarlıklar) fazları sarmalı faz haritalarında bile, gürültü veya sonsuzlukların varlığında çözebilir.
  • [FONT:0)Denoising and super-des:[Dönetici: 0) Yüksek kaliteli hologramlarda veya OCT görüntüleri üzerinde eğitilmiş Convolutional sinir ağları sinyal-to-noise oranını artırabilir ve diffraction limitinin ötesinde uzaysal çözümü etkili bir şekilde artırabilir.
  • [FONT:0) Ters saç:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:) Öğrenilen iteratif yöntemler, geri dönüşümlü indeks dağıtımlarını, açık ileri modeller için ihtiyaçtan atlayarak yeniden yapılandırabilir.
  • [FONT=0)Automatichopper:[Dönetici:[Dönetici: 0) ML sınıflandırıcılar, karmaşık arka planlarda indeks gradientleri tanımlayabilirler, malzeme karakterizasyonu hızlandırır.

Bu hesaplama yaklaşımları, refraktif indeks haritalarını daha erişilebilir ve güvenilir hale getiriyor, özellikle kalite kontrol ve canlı görüntülemede gerçek zamanlı uygulamalar için.

Malzeme Bilimi ve Biyomedikal Uygulamaları

Malzeme Bilimi

Katı malzemelerdeki reraktif indeks varyasyonları genellikle yapısal inhomogeneity, stres konsantrasyonlarını veya faz geçişlerini gösterir: Fiziksel optik teknikler kullanılır:

  • Yüksek lisans (GRIN) lensler ve optik fiberler karakterize etmek, indeks profilinin kesin kontrolünü sağlamak.
  • Gerçek zamanlı polimer eğriliği ve difüzyon süreçleri.
  • şeffaf seramikler, gözlükler ve kristal malzemelerdeki kusurları tespit eder.
  • Sıvı kristalleri ve yönlendirme modellerini kuşluk ve refraktif indeksi aynı anda haritalayarak incelemek.

Biomedicine

Biyolojik örneklerde, refraktif indeks, hücresel organelles yoğunluğu ve doku hidrografi veya OCT aracılığıyla sayısal faz görüntülemesi ile yakından ilgilidir:

  • Canlı hücrelerin etiketsiz görüntüleme, farklı hücre türlerini ayırt etmek ve uyuşturucu yanıtlarını izlemek.
  • Kanser bölgeleri tanımlamak için doku reraktif indeksinin haritalanması, yüksek nükleer yoğunluk saç ve indeks kontrastı artırır.
  • Zebrafish embriyolarının üç boyutlu rekontrüksiyonu ve diğer model organizmaların gelişimlerini incelemek.
  • Kan akışı ve oksijenasyon ölçümleri, Doppler ve spektroskopik OCT kullanılarak yapılır.

Bu uygulamalar, non-vazif, yüksek çözünürlüklü yapısal ve fonksiyonel bilgi sağlamada fiziksel optik yöntemlerin yanlışlığını göstermektedir.

Future Yol ve Gelişen Trendler

Alan hızla gelişmeye devam ediyor, birkaç umut verici yolla:

  • [FONT:0)Metazitif-assisted sensörler: Hiperbolik metamalzemeler ve fotonik kristaller, ışık-matter etkileşimi güçlendirebilir, büyüklük emirleri ile reraktif indeks değişikliklerinin duyarlılığını artırabilir.
  • [FONT:0]Quantum-enhanced ölçümler: Katı foton çiftleri veya sıkıştırılmış devletler kullanarak, kuantum interferometri standart kuantum sınırı aşabilir, indeksleme için daha büyük faz duyarlılığı sunabilir.
  • [FONT=0]On-çim entegrasyonu:[Döneticileri, Mach-Zehnder Interferometreleri ve fotonik dalga kılavuzları taşınabilir, nokta-bakım refraktif indeks sensörleri için miniize ediliyor.
  • [FONT=0)Multi-modal görüntüleme:[[Dönetici:0) Diğer kontrast mekanizmaları ile (fluorescence, Raman, absorpsiyon) tamamlayıcı kimyasal ve fiziksel bilgi sağlamak için alternatif indeks haritalarını bir araya getirmek.
  • [FONT:0] Adaptif optikler:[Dönetici:[Dönetici:0) Gerçek zamanlı olarak aberrasyonlar, derin doku görüntülemede çözünürlük ve doğruluk geliştirir.

Bu eğilimler, duyarlılığın, hızın ve uygulanabilirliğin sınırlarını zorlamaya söz verir, daha önce ulaşılamayan ortamlarda refraktif indeks varyasyonlarının ölçülmesine izin verir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek hassas ve uzaysal çözünürlükteki reraktif indeks varyasyonları, klasik tekniklerin yalnızca tam olarak karşılayamayacağı bir meydan okumadır. Fiziksel optik koherens tomografi, faz-dönüşüm interferometri, spektronik algılama ve yakın-field mikrosiyon – bu sınırlamaların üstesinden gelmek için temel fenomenleri yol açar. kuantum ilerlemeleri ve kuantumsal olmayan teknolojiler gibi gelişmekte olan teknolojiler, optik koherens tomografi, faz-dönüşümlü interferometri, bu yaklaşımlar, temel araştırma ve pratik uygulamalar için güçlü araçlar sunar.