エバネッセント波による超解像とは? わかりやすく解説

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エバネッセント波による超解像

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/10/11 05:29 UTC 版)

エバネッセント場」の記事における「エバネッセント波による超解像」の解説

なぜエバネッセント波回折限界によらず高い解像度実現できるのかを知るためには、まず回折限界について知る必要がある。まず、 2 {\displaystyle 2} 次元空間の x {\displaystyle x} }軸上に置かれ点光源1 = f ( x ) = δ ( x ) {\displaystyle 1=f(x)=\delta (x)} と置き、これが y ⟶ ∞ {\displaystyle y\longrightarrow \infty } の無限遠点にまで伝送される考える。点光源波数表記で表すと、 δ ( x ) = 1 2 π ∫ d k x exp ⁡ ( i k x x ) {\displaystyle \delta (x)={\frac {1}{2\pi }}\int \mathrm {d} k_{x}\exp(ik_{x}x)} であるので、これをフーリエ変換すると、 f ^ ( k x ) = 1 {\displaystyle {\hat {f}}(k_{x})=1} これは、一点局在する光が全ての波数情報含んでいることを意味する。 しかし、エバネッセント波伝送されない場合波数表示では、 k c = ω / c {\displaystyle k_{c}={\omega /c}} と置くと、 f ^ c u t ( k x ) = { 1 ( | k x | < k c ) 0 ( | k x | > k c ) {\displaystyle {\hat {f}}_{\mathrm {cut} }(k_{x})={\begin{cases}1&(|k_{x}|k_{c})\end{cases}}} これを、空間表示に戻すと、 f c u t ( k x ) = 1 2 π ∫ − ∞ ∞ d k x f ^ cut exp ⁡ ( i k x x ) = sin ⁡ ( k c x ) π x {\displaystyle {\begin{aligned}f_{\mathrm {cut} }(k_{x})&={\frac {1}{2\pi }}\int _{-\infty }^{\infty }\mathrm {d} k_{x}{\hat {f}}_{\text{cut}}\exp(ik_{x}x)\\&={\frac {\sin(k_{c}x)}{\pi x}}\end{aligned}}} この関数は、原点まわりに 1 = λ / 2 = π / k c {\displaystyle 1=\lambda /2=\pi /k_{c}} 広がった関数となり、これにより、解像度が d ≈ λ / 2 {\displaystyle d\approx \lambda /2} に 制限されることがわかる。エバネッセント波正しく伝送されれば、これとは異なり高周波波数情報も含むことになり、超解像度が実現することになる。とくに、エバネッセント波全て伝送されれば全ての波数情報を含むため解像度は ∞ {\displaystyle \infty } になる。これが完全レンズである。 また、先のエバネッセント波の理論述べた通り波数大きければ大きいほど急速に減衰するという性質持っている以上、その解像度には以下の制約存在することがわかる。 k ∝ 1 d ln ⁡ 1 δ {\displaystyle k\propto {\frac {1}{d}}\ln {\frac {1}{\delta }}} kは認識可能な最大波数、 d {\displaystyle d} は距離、 δ {\displaystyle \delta } はセンサー観測能力を指す。 この制約により、エバネッセント波超解像度を実現する場合いかに対象近づけるかが重要であることがわかる。 強力なレーザー光などを利用することで十分なエバネッセント波確保するという方法もある。

※この「エバネッセント波による超解像」の解説は、「エバネッセント場」の解説の一部です。
「エバネッセント波による超解像」を含む「エバネッセント場」の記事については、「エバネッセント場」の概要を参照ください。

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