Em microscopia biológica e imagem de raios-X, muitos objetos ou estruturas transparentes são difíceis de observar. Devido à sua baixa absorção de luz, as medições de intensidade usuais não funcionam. Em vez de, a informação estrutural é transmitida principalmente pelas diferentes mudanças de fase da luz à medida que ela se propaga através de diferentes partes de um objeto.

Zernike inventou a microscopia de contraste de fase para tornar visíveis os objetos transparentes, recebendo o prêmio Nobel de Física em 1953. Mais tarde, para aumentar ainda mais o contraste, um método conhecido como imagem de contraste de interferência diferencial foi desenvolvido para transferir quantitativamente as mudanças de fase em intensidades, fornecer informações sobre o caminho óptico experimentado pela luz ao se propagar através de um objeto - sua espessura óptica. Métodos baseados em configurações de interferência ou dispositivos nanoestruturados também foram demonstrados. Contudo, os métodos atuais dependem de configurações complexas, resultando em dificuldades de alinhamento e ajuste óptico.

Cálculo óptico de diferenciação espacial:além da detecção de bordas

Uma solução para essas dificuldades pode ser encontrada na computação óptica de diferenciação espacial para campos elétricos de luz incidente, considerando a luz como uma onda eletromagnética. Até aqui, o aplicativo foi limitado à detecção de bordas, onde pode melhorar o contraste das bordas de objetos transparentes. Contudo, não resolveu a dificuldade de recuperação da distribuição quantitativa da fase. Recentemente, uma equipe de pesquisadores liderada por Zhichao Ruan na Universidade de Zhejiang desenvolveu uma diferenciação espacial ajustável para caracterizar e recuperar quantitativamente a distribuição de fase.

O grupo de Ruan demonstra que um esquema simples - ajustar os polarizadores - pode calcular opticamente a diferenciação espacial do campo de luz incidente ao longo de diferentes direções. Eles também melhoraram o contraste ajustando um fundo constante e uniforme como um viés, criando uma fonte de luz virtual que projeta uma sombra nas imagens medidas. Com base nesta abordagem de preconceito, eles podem distinguir os aumentos e diminuições de fase na distribuição do campo de luz e quantificar a espessura óptica dos objetos observados com um alto grau de precisão (dentro de 0,05λ).

O método é simples, flexível, e muito mais barato do que os métodos atuais. Ele contorna a fabricação de estruturas complexas, bem como dificuldades de alinhamento e ajuste óptico. Talvez o mais importante, o método proposto é independente do comprimento de onda da luz e pode abrir novos caminhos para quantificar a fase em imagens de raios-X ou microscopia eletrônica.