En microscopía biológica e imágenes de rayos X, muchos objetos o estructuras transparentes son difíciles de observar. Debido a su baja absorción de luz, las medidas de intensidad habituales no funcionan. En lugar de, la información estructural se transmite principalmente por los diferentes cambios de fase de la luz a medida que se propaga a través de diferentes partes de un objeto.

Zernike inventó la microscopía de contraste de fase para hacer visibles los objetos transparentes, recibiendo el premio Nobel de Física en 1953. Más tarde, para mejorar aún más el contraste, Se desarrolló un método conocido como imágenes de contraste de interferencia diferencial para transferir cuantitativamente los cambios de fase a intensidades, proporcionando información sobre la trayectoria óptica que experimenta la luz cuando se propaga a través de un objeto:su espesor óptico. También se han demostrado métodos basados ​​en configuraciones de interferencia o dispositivos de nanoestructura. Sin embargo, los métodos actuales se basan en configuraciones complejas, resultando en dificultades de alineación y ajuste ópticos.

Cálculo óptico de la diferenciación espacial:más allá de la detección de bordes

Una solución a estas dificultades puede encontrarse en el cálculo óptico de la diferenciación espacial para campos eléctricos de luz incidente. considerando la luz como una onda electromagnética. Hasta aquí, la aplicación se ha limitado a la detección de bordes donde puede mejorar el contraste de los bordes de los objetos transparentes. Sin embargo, no ha resuelto la dificultad de la recuperación de la distribución de fase cuantitativa. Recientemente, un equipo de investigadores dirigido por Zhichao Ruan en la Universidad de Zhejiang ha desarrollado una diferenciación espacial ajustable para caracterizar y recuperar cuantitativamente la distribución de fase.

El grupo de Ruan demuestra que un esquema simple —ajustar los polarizadores— puede calcular ópticamente la diferenciación espacial del campo de luz incidente en diferentes direcciones. También mejoraron el contraste ajustando un fondo constante uniforme como sesgo, creando una fuente de luz virtual que proyecta una sombra sobre las imágenes medidas. Basado en este enfoque de sesgo, pueden distinguir los aumentos y disminuciones de fase en la distribución del campo de luz y cuantificar el espesor óptico de los objetos observados con un alto grado de precisión (dentro de 0.05λ).

El método es simple, flexible, y mucho más económico que los métodos actuales. Evita la fabricación de estructuras complejas, así como dificultades de alineación y ajuste ópticos. Quizás lo más importante el método propuesto es independiente de la longitud de onda de la luz y puede abrir nuevas vías para cuantificar la fase en las imágenes de rayos X o microscopía electrónica.