El microscopio expande efectivamente la vista humana al micromundo. Admite amplias aplicaciones en investigación científica, diagnóstico biomédico, industria y más. El objetivo final es la superresolución, pero en el camino los investigadores están trabajando para lograr dispositivos compactos en miniatura con un rendimiento integral para un amplio campo de visión (FOV), gran profundidad de campo (DOF) y alto rendimiento.

Los microscopios ópticos tradicionales se basan en elementos ópticos refractivos, que suelen ser voluminosos y pesados ​​con limitaciones en FOV y DOF, aunque se han desarrollado sustancialmente. Las lentes difractivas planas parecían ofrecer una posible solución para miniaturizar los sistemas de imágenes, pero logran una baja eficiencia y una calidad de imagen deficiente. La reciente tecnología de imágenes sin lentes revoluciona considerablemente la tecnología de imágenes y permite dispositivos de imágenes muy compactos, pero depende en gran medida de la computación de posprocesamiento, que consume muchos recursos y corre el riesgo de distorsionarse.

La tecnología Metalens abre una nueva forma de lograr sistemas ópticos de imágenes ultracompactos y livianos. Una metalens es una especie de metasuperficie compuesta por unidades de sublongitud de onda con una poderosa capacidad para manipular la luz. Se propuso una matriz de metalens multiplexada de polarización innovadora (basada en nanopostes de silicio) para realizar un microscopio compacto y de campo amplio que rompe las restricciones del FOV convencional, pero la calidad de la imagen es relativamente pobre debido a su baja eficiencia con el ruido de fondo, y el FOV general es aún más pequeño que el del microscopio tradicional con la misma resolución.

Ahora es posible una calidad de imagen significativamente mejorada con imágenes de mayor resolución, gracias a los investigadores de la Universidad de Nanjing que desarrollaron un dispositivo de imagen de metalens integrado en polarizador (PMID). Como se informó en Fotónica avanzada , el PMID se implementa en base a una metasuperficie de nitruro de silicio montada en un sensor de imagen CMOS con un filtro de polarización circular fijo insertado entre los dos. Elimina los ruidos de fondo e incluso permite ampliar la imagen.

El sistema se basa en una matriz especial de metalens co-multiplexados y cruzados y un polarizador integrado. Al integrarlos en un sensor CMOS a escala de chip, los investigadores desarrollaron con éxito una técnica de microscopía FOV amplia y DOF de alta calidad. Se consiguen rendimientos significativamente altos, con un 4×4-mm ² FOV, un 1,74-μ resolución m (limitada por el tamaño de píxel CMOS) y ~200-μ m DOF (rango de longitud de onda de 450-510 nm). Este FOV es alrededor de 5 a 7 veces mayor que el de un microscopio tradicional con la misma resolución. El equipo demostró el excelente rendimiento de la microscopía al obtener imágenes de una gran cantidad de muestras biológicas.

Según el autor principal Tao Li, investigador principal del Laboratorio Nacional de Microestructuras de Estado Sólido de la Universidad de Nanjing, "Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que un generador de imágenes de metalens accede a un FOV más grande que un microscopio tradicional con una calidad de imagen similar. Al hacer un barrido de la longitud de onda de la iluminación, el dispositivo puede lograr imágenes de gran profundidad de campo simultáneamente, gracias a la gran naturaleza dispersiva de los metalens". Li comenta además:"Este PMID a escala de chip permite la implementación de un sistema de microscopio portátil miniaturizado, con una reducción de mil veces en volumen y peso en comparación con un microscopio tradicional".

Este microscopio a escala de chip promete revolucionar los dispositivos ópticos tradicionales, presentando un nuevo horizonte de dispositivos de imágenes ultracompactos impulsados ​​por metatecnología. + Explora más

La microscopía ultracompacta de metalens rompe las restricciones del FOV