14 Label-Free Super-Resolution Imaging with Hyperbolic
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Emroz Khan and Evgenii Narimanov
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
14.2 Super-Resolution Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
14.3 Metamaterials-Based Super-Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
14.4 Hyperbolic Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
14.5 The Hyperlens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
14.5.1 Hyperlens: The Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
14.5.2 Hyperlens: The Experimental Demonstration . . . . . . . . 356
14.5.3 Hyperlens: The Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
14.6 Hyperstructured Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
14.6.1 HSI: The Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
14.6.2 HSI: Theoretical Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
14.6.3 HSI Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
14.6.4 HSI: The Effect of Disorder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
14.6.5 HSI: Experimental Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . 363
14.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
15 Super-Resolution Imaging and Microscopy by Dielectric
Particle-Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
Zengbo Wang and Boris Luk’yanchuk
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
15.1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
15.1.2 Microsphere Super-Resolution Imaging . . . . . . . . . . . . 373
15.1.3 From Microsphere to Metamaterial Particle-Lens . . . . . 375
15.2 Super-Resolution Mechanisms: Photonic Nanojet,
Super-Resonance and Evanescent Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
15.2.1 Microsphere and Microcylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
15.2.2 Dielectric Nanoparticle-Based Metamaterial
Superlens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
15.3 Microsphere Nanoscopy: Key Progresses . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
15.3.1 Confocal Imaging and Resolution Quantification . . . . . 386
15.3.2 Scanning Microsphere Super-Resolution Imaging . . . . . 387
15.3.3 Endoscopy Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
15.3.4 3D Interferometry and Optical Profiling . . . . . . . . . . . . 392
15.4 Metamaterial Dielectric Superlens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
15.4.1 mSIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
15.4.2 Nanohybrid Lens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
15.5 Biological Superlens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
Contents
xvii