11.5.2 Pump and Probe with a Single Laser . . . . . . . . . . . . . . 274
11.5.3 Resolution Improvement via Beam Apodization . . . . . . 276
11.6 Using Nonlinear Response in Other Label-Free
Microscopy Modalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
11.6.1 Temperature-Dependent Raman Scattering for SR . . . . 277
11.6.2 Nonlinear Photo-acoustic Feedback Signal
for Focusing Through Scattering Media . . . . . . . . . . . . 280
11.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Appendix: Pure Sinusoidal Photo-Modulation Using
an Acousto-optic Modulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
12 Nonlinear Label-Free Super-Resolution Microscopy
Using Structured Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Mikko J. Huttunen and Antti Kiviniemi
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
12.2 Structured Illumination Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
12.3 Laser-Scanning SIM Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
12.4 Nonlinear Optical Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
12.5 Super-Resolution Using Nonlinear Processes
and Structured Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
12.5.1 Super-Resolution Using Incoherent Nonlinear
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
12.5.2 Super-Resolution Using Coherent Nonlinear
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
12.6 Current Applications of Nonlinear Microscopy . . . . . . . . . . . . . 303
12.7 Future Directions and Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
12.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
13 Super-Resolution Microscopy Techniques Based on Plasmonics
and Transformation Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Igor I. Smolyaninov and Vera N. Smolyaninova
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
13.2 Surface Plasmon Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
13.3 Hyperlenses Based on 2D Hyperbolic Metamaterials . . . . . . . . 321
13.4 Super-Resolution Microscopy Based on Photon Tunneling . . . . 326
13.5 Microscopy Techniques Based on 2D Transformation
Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
13.5.1 Microdroplet-Based Transformation Optics . . . . . . . . . 329
13.5.2 Lithographically Defined Transformation Optics
Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
13.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
xvi
Contents