数字双胞胎用于3D同焦显微镜:近场,远场,并与实验进行比较
Poul-Erik Hansen1, Tobias Pahl2, Liwei Fu3
1Danish Fundamental Metrology, Kogle Alle 5, DK-2970 Hørsholm, Denmark.
Sensors (Basel, Switzerland)
|April 12, 2025
概括
研究人员使用严格的模型开发了数字双胞胎,以预测对复杂表面的对焦显微镜传感器响应. 这种方法提高了准确性,并减少了高级显微镜应用的模拟时间.
科学领域:
- 光学和光子学 在光学和光子学.
- 计算物理 计算物理
- 显微镜技术 显微镜技术
背景情况:
- 同焦显微镜面临的局限性是复杂的表面几何形状.
- 对传感器响应的准确预测对于显微镜的进步至关重要.
- 现有的方法可能需要大量的时间来进行详细的表面分析.
研究的目的:
- 为了克服当前对焦显微镜的局限性.
- 为了预测复杂的表面几何形状的传感器响应.
- 开发一种新的,高效的方法,用于对焦显微镜模拟.
主要方法:
- 数字双胞胎是使用三个严格的模型构建的:有限元素方法 (FEM),富里埃模态方法 (FMM) 和边界元素方法 (BEM).
- 模拟了光表面相互作用,福里埃光学计算了传感器信号.
- 对周期性和非周期性结构应用了3D照明模型,通过焦点转移实现扫描.
主要成果:
- FEM,FMM和BEM模型为矩形格子产生了相同的,高度准确的结果,经实验数据验证.
- 模拟提供了对仪器传输功能,倾斜格子和边缘圆形效应的见解.
- 详细描述了基于FMM的新型共聚焦显微镜方法.
结论:
- 开发的数字双胞胎方法为纠正共聚焦显微镜中的系统错误提供了一个有希望的方法.
- 这项研究增强了对复杂表面的共聚焦显微镜的预测能力.
- 这些发现为更准确,更有效的显微镜分析铺平了道路.


