High-aperture EUV microscope using multilayer mirrors and a 3D reconstruction algorithm based on z-tomography

Abstract

The article is devoted to the development of an EUV microscope using a wavelength of 13.84 nm. Due to the use of a mirror lens with a large numerical aperture, NA = 0.27, and a short depth of focus, it has been possible to carry out z-tomography of bio-samples for the first time with this type of microscope. A 3D image was reconstructed, and a pixel resolution of 140 nm was obtained. A new simple algorithm for the 3D reconstruction of absorption images from z-tomography data has been proposed that takes into account lens aberrations and a point spread function. The algorithm reduces the inverse absorption task to the corresponding well-studied task of fluorescence microscopy, with an error of 10% for cells up to 10 µm thick.

Soft X-ray Microscopy in Cell Biology: Current Status, Contributions and Prospects

“…An alternative to the optical design with zone plates, which has become the industry standard in cryo- SXT, can be the use of normal-incidence mirror lenses optimized for the wavelengths of the water transparency window [ 69 ]. Calculations show that such a microscope, with a completely achievable numerical aperture of 0.3 [ 70 ] (vs. ~0.05–0.06 for the zone plates) at a wavelength of 3.37 nm will allow for a lateral resolution of ~ 5 nm, which is an order of magnitude better than the standard achievable 40–70 nm in cryo-SXT and lies in the range previously accessible only by EM.…”

Теория Аксиальной Томографии На Основе Обратного Преобразования Радона Для Высокоапертурной Мягкой Рентгеновской Микроскопии

“…На рис. 1 показаны схема и фотография разработанного в ИФМ РАН микроскопа [16]. Работает он следующим образом.…”

“…При практическом применении метода к разрабатываемой измерительной системе погрешности томографии включат также ошибки, связанные с дифракционной расходимостью и аберрации из-за остаточной ошибки формы зеркал объектива [16]. При этом дифракционная расходимость приводит к нарушению разностного вида ядра по координате z .…”

“…a -схема зеркального ЭУФ микроскопа: 1 -лазерно-плазменный источник на основе импульсной газовой мишени и ИК лазера, 2 -многослойное эллиптическое зеркало-коллектор, 3 -исследуемый образец на 5D-столике с возможностью z -скана в вакууме, 4 -двухзеркальный объектив 46 крат с полем зрения 300 × 300 µm и асферическим зеркалом М1, 5 -фильтры для подавления длинноволнового излучения, 6 -CMOS-детектор обратной засветки, 7 -оптический стол, 8 -этажерка с оптикой, 9 -пружины, 10 -опоры с резиновыми вставками, 11 -держатели этажерки, 12 -сильфон к турбомолекулярному насосу, 13 -юстировочный лазер; b -фотография ЭУФ микроскопа: 1 -ИК лазер под мантией, 2 -вакуумная камера с оптикой, 3 -система охлаждения детектора, 4 -стойка с электронными системами управления микроскопом[16].…”

“…Отметим, что при угле θ < 45 • по условиям ограничений в точке фокуса значение K в (17) равно нулю. Применимость этого приближения планируется исследовать экспериментально, используя возможность определения ядра решаемого уравнения из (15) по результатам предложенных выше измерений с тестовыми объектами.Численный анализ предполагал вычисление и анализ ядраинтегрального уравнения(16).На рис. 3, a пред-а -исходное распределение сплошной неоднородности коэффициента поглощения µ(x, y, z ) в горизонтальном сечении z = 0 (в вертикальном сечении объект -это тоже квадрат); b -распределение " измеряемого сигнала" δI(x 0 , y 0 , z 0 ) с добавленной погрешностью со среднеквадратичным отклонением σ = 5% в вертикальном сечении y 0 = 0; с -восстановленное распределение коэффициента поглощения µ(x, y, z ) в горизонтальном сечении z = 0; d -восстановленное распределение коэффициента поглощения в вертикальном сечении y = 0; e -восстановленное при уменьшенном значении параметра регуляризации α распределение коэффициента поглощения µ(x, y, z ) в горизонтальном сечении z = 0; f -восстановленное при уменьшенном значении α распределение коэффициента поглощения mu(x, y, z ) в вертикальном сечении y = 0. а -исходное распределение в горизонтальном сечении z = 0; b -распределение сигнала δI(x 0 , y 0 , z 0 ) в вертикальном сечении y 0 = 0; с -восстановленное распределение µ(x, y, z ) в горизонтальном сечении z = 0; d -восстановленное распределение µ(x, y, z ) в вертикальном сечении y = 0. ставлено распределение этой функции ядра в разностных координатах X = x 0 −x, Y = y 0 −y, Z = z 0 −z при угле θ = 15.65 • градуса в сечении Y = const для 200пиксельной дискретизации по координатам, соответствующим дискретизации данных в разрабатываемой измерительной системе, а на рис.…”