La microscopia è il cavallo di battaglia della ricerca contemporanea nelle scienze della vita, consentendo l'ispezione morfologica e chimica del tessuto vivente con una risoluzione spaziale e temporale sempre maggiore. Anche se i microscopi moderni sono autentiche meraviglie dell'ingegneria, minime deviazioni dalle condizioni di imaging ideali porteranno comunque ad aberrazioni ottiche che degradano rapidamente la qualità dell'immagine. Una mancata corrispondenza tra gli indici di rifrazione del campione e il suo mezzo di immersione, deviazioni nello spessore dei portacampioni o dei vetri di copertura, gli effetti dell'invecchiamento sullo strumento:tali deviazioni possono manifestarsi sotto forma di aberrazione sferica ed errori di messa a fuoco. Anche, in particolare per l'imaging dei tessuti profondi, uno strumento essenziale nella ricerca neurobiologica, un indice di rifrazione disomogeneo del campione e la sua complessa forma superficiale possono portare ad ulteriori aberrazioni di ordine superiore.

Microscopia ottica adattiva

Ottica adattiva (AO), una tecnica di correzione dell'immagine utilizzata per la prima volta nei telescopi astronomici per compensare gli effetti della turbolenza atmosferica, è il metodo all'avanguardia per correggere dinamicamente le aberrazioni indotte dal campione e dal sistema in un sistema di microscopia. Un tipico sistema AO dispone di un attivo, elemento ottico mutaforma in grado di riprodurre l'inverso dell'errore del fronte d'onda presente nel sistema. Prendendo comunemente la forma di uno specchio deformabile o di un modulatore di luce spaziale a cristalli liquidi, i limiti di questo elemento definiscono la qualità della correzione dell'aberrazione ottenibile e quindi l'ampia applicabilità della microscopia AO.

Come riportato in Fotonica avanzata , ricercatori dell'Università di Friburgo, Germania, hanno compiuto un significativo progresso nella microscopia AO attraverso la dimostrazione di un nuovo modulo AO comprendente due piastre di fase deformabili (DPP). A differenza degli specchi deformabili, il sistema DPP è un modulatore del fronte d'onda operante in trasmissione, consentendo l'integrazione diretta dell'AO con i microscopi esistenti. In questa configurazione AO, simili agli altoparlanti ad alta fedeltà con unità woofer e tweeter separate, uno dei modulatori ottici è ottimizzato per aberrazioni a bassa frequenza spaziale, mentre il secondo viene utilizzato per la correzione delle alte frequenze.

Modulazione a cascata

Una delle principali sfide per un sistema AO con modulatori di fase multipli è come posizionarli su posizioni otticamente equivalenti (coniugate), spesso richiedono più componenti ottici aggiuntivi per trasmettere l'immagine fino a raggiungere il rilevatore. Perciò, configurare anche due modulatori in un sistema AO è molto impegnativo. Poiché i DPP sono <1 mm di spessore, la cascata di due o più modulatori entro una prossimità accettabile diventa sostanzialmente più pratica. Il team di Friburgo ha anche sviluppato un nuovo metodo per controllare in modo ottimale più modulatori di fase indipendentemente dalle loro specifiche individuali, potenzialmente consentendo la cascata di molti più dispositivi per una maggiore portata e fedeltà.

Per dimostrare le sue prestazioni, il team ha integrato il nuovo sistema AO in un microscopio a fluorescenza su misura, dove le aberrazioni indotte dal campione sono stimate in modo iterativo senza un sensore di fronte d'onda. Esperimenti di imaging su campioni sintetici hanno dimostrato che il nuovo sistema AO non solo raddoppia l'intervallo di correzione dell'aberrazione, ma migliora anche notevolmente la qualità della correzione. Il lavoro dimostra che schemi di correzione dell'aberrazione più avanzati, come l'ottica adattiva multi-coniugata, può essere implementato altrettanto facilmente e con metodi di controllo nuovi e più avanzati.