15.6 Devices with Integrated Microsphere Superlens . . . . . . . . . . . . 398
15.7 Outlook and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
16 Theoretical Foundations of Super-Resolution in Microspherical
Nanoscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
Alexey V. Maslov and Vasily N. Astratov
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
16.1.1 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
16.1.2 Theoretical Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
16.2 Geometrical Optics of Contact Microspheres . . . . . . . . . . . . . . 413
16.3 Diffractive Optics of Contact Microspheres . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.3.1 Wave Scattering and Focusing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
16.3.2 Point-Source Emission and Field Distribution . . . . . . . 417
16.4 Microsphere as a Solid Immersion Lens: Resolution
Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
16.4.1 Imaging of a Point Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
16.4.2 Coherent Versus Incoherent Imaging . . . . . . . . . . . . . . 421
16.5 Beyond Solid Immersion Lens: Plasmonic Contributions . . . . . . 422
16.5.1 Principles of SIM, PSIM, and LPSIM . . . . . . . . . . . . . 424
16.5.2 Plasmon-Coupled Leakage Radiation (PCLR) . . . . . . . 428
16.5.3 Microspherical Nanoscopy Based on Short-Period
Arrays with Small Gaps: Super-Resolution
Without Post-imaging Processing . . . . . . . . . . . . . . . . 430
16.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
17 Microsphere-Assisted Interference Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . 443
Stephane Perrin, Sylvain Lecler and Paul Montgomery
17.1 Optical Microscopy and Its Advances for Super-Resolution . . . 443
17.1.1 From Diffraction-Limited Optical Microscopy . . . . . . . 444
17.1.2 To Super-Resolution Optical Microscopy . . . . . . . . . . . 446
17.2 Microsphere-Assisted Microscopy for 2D Imaging . . . . . . . . . . 451
17.2.1 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
17.2.2 Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
17.2.3 Image Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
17.2.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
17.3 Three-Dimensional Microsphere-Assisted Microscopy . . . . . . . . 458
17.3.1 Interference Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
17.3.2 Super-Resolution Interference Methods . . . . . . . . . . . . 459
17.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
xviii
Contents