改善共焦系统轴向分辨率的位相型光瞳滤波器

利用约束全局优化算法———CGO算法,设计了两种用于共焦系统的三区位相型光瞳滤波器.第一种滤波器在不改变系统的横向分辨率的同时,可以大幅度地提高轴向分辨率,提高了系统的层析能力.第二种滤波器在提高系统轴向分辨率的同时,又能提高其横向分辨率,适用于系统的三维成像. 关键词： CGO算法 光瞳滤波器 超分辨     

三区振幅型超分辨光瞳滤波器的设计

提出运用非线性规划及目标规划法,在给定斯特雷耳比S(超分辨模型和艾里模型主瓣最大亮度比)的条件下,设计出使成像系统的横向、轴向及三维分辨率分别达到最大值的环形振幅型超分辨光瞳滤波器。给出超分辨优化设计模型和实例,并作图验证其结果。对超分辨率伴随的旁瓣效应,把滤波器应用于共焦扫描系统,可有效地抑制旁瓣,提高成像信噪比和对比度。此方案用于三区以上振幅型超分辨滤波器及环形纯相位超分辨光瞳滤波器的设计,为超分辨滤波器的设计提供了参考。     

光学相干层析成像轴向超分辨研究

为了提高光学相干层析成像(OCT)的轴向分辨率,采用OCT与光学超分辨术相结合的方法,设计了三区相位型和振幅型两种光瞳滤波器,并将制作的光瞳滤波器应用于系统的样品臂中,分别测量不同条件下对应的轴向响应曲线,结果与理论分析基本吻合,实现了轴向分辨率10％以上的提高,从而验证了利用合适光瞳滤波器实现OCT轴向超分辨的可行性.     

用于高数值孔径物镜的可调光瞳滤波器

根据矢量衍射理论，提出了一种用于提高高数值孔径显微物镜纵向分辨率的可调二元环形光瞳滤波器，通过改变滤波器的环半径获得不同的纵向分辨率，并利用共焦显微术点扩散函数的乘积性大大地降低了旁瓣相对主瓣的比值。模拟结果表明，这种新型滤波器不仅可以提高高数值孔径物镜的纵向分辨率，同时基本上不影响横向分辨率。     

超分辨在共焦三维形貌检测术中的应用

通过对共焦三维形貌检测术的分析,根据超分辨理论,在共焦系统中加入环形光瞳滤波器,以期延长系统的动态检测范围,并提高系统的横向分辨率。理论和实验结果表明该方法在适当牺牲轴向分辨率的条件下,能有效地延长系统的动态检测范围,且提高其横向分辨率。     

三区复振幅光瞳滤波器

利用光瞳滤波器来改变光在焦斑处的分布,是实现光学超分辨的有效途径。由于受到制作上的影响,现有的光瞳滤波器大都是纯相位型或者纯振幅型的。与纯相位或者纯振幅型光瞳滤波器相比较,复振幅型光瞳滤波器能够实现更好的滤波效果。不过由于制作上的困难,影响了复振幅的光瞳滤波器在实际中的应用。为此给出了一种相对容易实现的复振幅型光瞳滤波器,通过计算表明：在横向具有相同的第一零点比和斯特雷尔比下,该复振幅型光瞳滤波器的旁斑强度比优于纯相位型光瞳滤波器50％,并且有效地降低了纯相位型光瞳滤波器的轴向加宽。     

非对称三区光瞳滤波器实现一维横向超分辨

基于严格的光学成像矢量衍射理论,以4倍缩小倍率的成像系统和x线偏振光照明为例,得到经光瞳滤波器调制的大数值孔径光学系统焦区横向场表达式.通过详细研究非对称三区复振幅型光瞳滤波器的内外环归一化半径、各环相位分布和第一层透过率t对y方向分辨率增益比Gty,斯特尔比Sy和第一旁瓣与主瓣相对强度Iry的影响.设计了一种非对称三区相位型光瞳滤波器,实现Gty=0.8345,Sy=0.4087,Iry=0.4923,使得y方向分辨率比没有加光瞳滤波器时提高了将近20%.     

共焦显微系统中光学超分辨光瞳滤波器的设计

利用矢量衍射理论设计了适用于共焦显微等大数值孔径系统的三区二元相位型超分辨光瞳滤波器.数值模拟了等效数值孔径为1.4的共焦显微系统焦点附近的光强分布,根据系统所需要的斯特雷尔比和轴向分辨率,采用优化搜索算法求解了能够实现光学超分辨的三区二元相位型光瞳滤波器结构.结果表明,利用所设计的三区二元相位型光瞳滤波器可以在较低旁...     

振动声成像系统分辨率研究

本文从振动声成像的基本原理出发，通过引入点扩展函数PSF和定义轴向响应函数ARF，研究了由凹球面聚焦换能器分割而成的一种典型共焦换能器参数对振动声成像系统侧向分辨率和轴向分辨率的影响。计算研究表明：增大凹球面换能器的口径、减小几何焦距和提高中心频率均可以提高系统的侧向分辨率和轴向分辨率；但改变凹球面换能器的分割比例对两种分辨率影响不尽相同。综合考虑超声换能器激励、聚焦性能以及产生的辐射力效果等因素，则换能器应按等辐射面积原则分割为宜。文中还分析了介质的声衰减系数对实际轴向分辨率的影响。     

具有抗漂移特性的激光共焦拉曼光谱成像技术与系统

共焦拉曼技术结合了共焦显微技术和拉曼光谱技术,具有高分辨率、高灵敏度、可层析成像的优势,广泛应用于物理、材料科学、生物医学、文物鉴定以及刑侦等领域。由于拉曼光谱成像需要较长时间,测量中系统易受环境等因素影响产生漂移,造成离焦,而现有商用共焦拉曼光谱仪并无定焦能力,容易影响测量结果。针对此问题,研制了一种具有抗漂移能力的激光共焦拉曼光谱探测系统。在不改变共焦拉曼探测基本原理的基础上,利用拉曼轴向响应曲线最大值对应显微物镜焦面这一特性,对每个探测点进行轴向扫描,采集一定数量的轴向信号,通过曲线拟合寻找光谱强度极值位置,保证扫描过程中样品始终处于系统的焦点位置处,抑制离焦影响,改善拉曼光谱成像效果。以单层石墨烯样品进行单点测试,证明仪器在5 μm离焦范围内可以实现实时定焦,定焦后采集到的拉曼光谱强度几乎不变,具有良好的抗漂移能力;对硅台阶样品进行成像测试,结果表明成像过程中,信号强度未发生明显变化,且横向分辨率有一定改善,效果明显优于普通共焦拉曼光谱探测系统。     

Quasi-achromatic superresolving phase only pupil filters

Reported in this paper is a new design of the quasi-achromatic phase-only superresolving pupil filters (QAPSFs) relatively independent of wavelength based on the zero order Bessel function of the first kind. The effect of design parameters of the new filters on the superresolving performance parameters such as the normalized spot size (G) and the Strehl ratio (S) is discussed and analyzed in detail. As an example, the performance parameters of QAPSFs made of optical quartz glass are simulated and compared with phase only pupil filters, which indicate that this kind of filters is less independent of wavelength in the range from 300 nm to 589 nm for superresolution, and a high Strehl ratio is also obtained. The equivalent performance parameters are derived to characterize the superresolution performance of the quasi-achromatic filter.     

复振幅光瞳滤波器的三维超分辨性能研究

超分辨技术中现有的纯振幅型或纯相位型光瞳滤波器,大部分只能实现轴向或横向超分辨而不能实现三维超分辨,三维超分辨在三维成像系统中有着重要的作用。因此为提高成像系统中的三维分辨能力,设计了一种复振幅光瞳滤波器,并对其三维超分辨性能进行了研究。详细分析了该光瞳滤波器的第一区半径和透射率对施特雷尔比、轴向和横向超分辨因子以及旁瓣能量的影响。通过一系列的模拟证明,借助于复振幅光瞳滤波器可以实现三维超分辨。该滤波器的优点是容易实现三维超分辨,且有比较高的施特雷尔比,缺点是三维超分辨的实现总是伴随着旁瓣能量的增加,但可以采用共焦扫描成像系统来加以抑制。     

消色差相位型超分辨光瞳滤波器的设计研究

提出并设计了一种消色差的相位型超分辨光瞳滤波器。详细分析了滤波器的设计参数对成像系统的光斑压缩比和斯特雷尔比影响。分别以方解石晶体和石英玻璃材料为例进行了设计,当光斑压缩比为0.83时,得到两种材料的消色差超分辨光瞳滤波器,可以分别在380～555nm和300～600nm的波长范围内实现消色差,同时可以有较高的斯特雷尔比。     

Discrete continuous-phase superresolving filters

A new type of phase-only superresolving pupil filter with a discrete continuous-phase profile is presented that is a combination of discrete multilevel-phase modulation and continuous-phase modulation. This type of filter can achieve better superresolution performance than the continuous-phase filters reported in Opt. Lett. 28, 607 (2003). Therefore, with regard to the superresolution effect, this type of filter deserves study for practical applications. More importantly, the diffraction performance of this type of filter can explain the effect of a discrete-phase filter illuminated with a continuous wave front, whose superresolving performance cannot be analyzed with previous superresolution methods.     

Limitations of superoscillation filters in microscopy applications

The idea of superresolving pupil filters comes from the concept of superoscillations that may occur in regions of a band-limited signal with small amplitude having oscillations faster than the fastest Fourier component of the signal. In optical microscopy, superresolution can be achieved by appropriate design of pupil functions where the angular aperture determines the ultimate focal spot smaller than the Abbe diffraction limit outside the evanescent field region. The angular aperture cannot be increased indefinitely and the huge sidelobes cannot be avoided that are present in superresolving filters. The limitations of using such kind of filters in microscopy applications are discussed through computational examples.     

三维超分辨光瞳滤波器的优化设计

利用matlab优化工具箱,采用非线性规划,对三区振幅型(透过率为1-0-1)和三区位相型(相位角为π-0-π)光瞳滤波器进行三维超分辨优化设计,建立了优化模型,经计算机多次迭代运算,改变斯特尔比s值,给出了优化结果.结果显示:所设计的滤波器较好地实现了横向和轴向三维超分辨,且轴向超分辨能力优于横向;相同斯特尔比下,位相型三维超分辨能力优于振幅型,并且这两种滤波器结构简单,容易实现.     

双模式高精度可调超分辨光瞳滤波器

基于双折射波片的特性,提出了一种具有双调节模式的连续可调超分辨光瞳滤波器。该滤波器通过两种调节模式实现超分辨,且在一定范围内连续可调。在横向旋转模式下,该滤波器为复振幅型光瞳滤波器,纵向倾斜模式下为纯相位型超分辨滤波器。通过对超分辨参量的分析,得到最佳设计参量,可以实现大的视场角,大的超分辨范围、高的调节精度。这种滤波器为实际应用提供了更多的方便。