双光子和多光子共焦显微镜的成像理论

对双光子和多光子共焦扫描显微镜的成像理论作了系统的理论分析,导出了双光子和多光子共焦显微镜成像系统的三维点扩散函数和三维光学传递函数,研究结果表明：双光子共焦显微镜比单光子共焦显微镜具有更高的横向分辨率和纵向分辨率,而多光子共焦扫描显微镜又比双光子共焦扫描显微镜具有更高的空间分辨率. 关键词：     

共焦显微镜三维轮廓快速测量方法及其误差分析

共焦显微术在生物学及工程应用中已成为一种有效的测量、观察方法。本文针对共 焦显微三维测量系统提出了一种高精度快速算法,并进行了误差分析与计算机仿真。对实际 共焦三维测量系统的设计具有重要意义。     

不同荧光波长的双光子共焦成像分析

研究了双光子共焦显微镜中不同荧光波长对成像特性的影响,导出了不同荧光波长的三维脉冲响应函数和三维光学传递函数并进行数值计算.研究结果表明：不同荧光波长对双光子共焦显微镜的三维光学传递函数、三维脉冲响应函数和空间截止频率产生明显的影响,随着荧光波长的增大,分辨率明显下降,但不会出现单光子共焦显微镜中的失锥现象,选取适当的荧光波长进行成像,有利于进一步改善图像分辨率和成像质量.     

共焦扫描荧光显微镜的信噪比与测量精度

激光扫描共焦显微术和多光子显微术等新的显微成像技术可以对厚的生物样品实现光学断层成像 ,因而在生物医学诊断领域具有重要的应用前境。在Fried的一维分辨度理论的基础上 ,系统地讨论了运用共焦扫描荧光显微术在进行光学断层成像时 ,其光学断层平面分辨度与信噪比之间的定量关系 ,建立了实际显微成像系统平面测量精度的定量计算方法。所得出的结果对于选择共焦扫描显微成像系统的最佳参数及评价所设计的显微成像系统的性能具有重要的意义。     

差动共焦显微成像高稳定三维扫描技术与系统

激光差动共焦显微镜具备高空间分辨率特点,但因其逐点扫描成像方式,扫描时间长,易受三维扫描系统不稳定和环境干扰等影响,产生系统漂移,影响仪器的空间分辨率。利用楔块机构高稳定特点,结合刹车机构的自由抱闸特性,设计了一种新型的轴向升降机构,由此构建了结构更具稳定特性的电动三维扫描系统。稳定性实验验证在搭建的激光差动共焦显微镜上进行,经过监测系统在90min内的轴向位置,轴向漂移小于50nm,与原三维扫描系统漂移140nm对比,漂移速度明显减慢,稳定性有显著提升,进而明显改善了差动共焦显微成像效果。     

激光分光瞳共焦显微镜系统研制

为了满足生物类等样品对大工作距和高分辨率共焦显微镜的需求,将分光瞳技术与激光共焦显微技术结合应用到成像系统上。阐述了激光分光瞳共焦显微成像原理,首次成功搭建了相应的显微镜成像测量系统。理论分析和实验表明:分光瞳共焦显微技术独特的非共轴结构使系统的轴向分辨力是相同数值孔径物镜单轴系统的3倍以上,对理论高度为100nm的台阶样品进行成像测试,得到的样品三维形貌,成像质量良好。     

小鼠卵母细胞染色体三维双光子荧光图像的轴向衰减

双光子荧光显微镜作为一种高分辨光学仪器,已经被广泛应用于生物样品的非侵入式三维光学成像中。相比共聚焦显微镜,双光子荧光显微镜拥有更深的探测深度。然而,即便如此,在对较厚的生物样品进行非侵入式光学三维成像时,样品的成像质量也往往会随着探测深度的增加而下降。在临床和生物学领域对研究母性遗传起重要作用的小鼠卵母细胞拥有较大的直径(80～100 μm),吸收和散射效应较为明显。本文研究小鼠卵母细胞染色体的三维双光子荧光图像随探测深度增加图像质量的衰减程度。通过对所得图像进行轴向衰减矫正,利用体积作为参数,将矫正前后小鼠卵母细胞内染色体三维双光子荧光图像进行对比。结果表明,由于吸收和散射效应,卵母细胞存在较严重的光学轴向衰减问题,因此,对用双光子荧光三维成像手段获得的小鼠卵母细胞图像进行衰减矫正是有必要的。这为进一步精确定量的研究卵母细胞内染色体的三维构像打下良好的基础。     

离焦图像的互相关匹配法测量微球三维位置研究

为了提高在液态环境中对直径微米量级微球三维位置测量的空间分辨力,尤其是轴向的测量精度,将互相关算法对相似图像高精准的匹配特性与离焦成像法测量微球三维位置的思想相结合,讨论基于互相关匹配的离焦成像法测量微球三维位置的方法。实验表明,该方法对微球轴向位置4 min内连续定位的测量标准差约为0.64 nm,已实现对微球三维方向1 nm阶跃变化的分辨测量,这在生物单分子动力学、粒子图像测速技术等研究领域具有重要意义。相同实验条件下,与同轴数字全息显微术对微球三维位置的对比测量和分析也初步说明了该方法在实际测量应用中的可行性与高精度的特点。     

采用变焦液体透镜的共焦检测系统的设计与仿真

共焦显微技术越来越广泛地应用于微机电系统和半导体器件的三维轮廓测量。设计一种新型采用变焦透镜作为轴向扫描方式的共焦显微系统,利用变焦透镜的焦距变化来代替传统的轴向位移扫描。系统实现了无机械运动的轴向扫描,消除了传统共焦系统中由位移台移动带来的振动,不仅减小了系统的复杂度,而且降低了成本。进一步设计了基于位移台和变焦透镜的两种共焦检测系统,并且对其进行了仿真实验。实验结果表明:基于位移台和基于变焦透镜的共焦系统的聚焦成像和离焦成像结果类似,并且光强的轴向分布曲线也基本相同,表明此方法可行。     

数字共焦显微技术

数字共焦显微技术是一种采用数学算法来实现共焦成像的技术 ,其功能与激光共焦显微技术相同。介绍了数字共焦显微技术的原理和结构组成。与激光共焦显微技术相比 ,数字共焦显微技术具有不产生光漂白、照明激发光谱宽、易于操作使用、工作方式灵活和价格便宜的特点 ,且其成像质量好于激光共焦显微技术。因此 ,数字共焦显微技术已广泛应用于许多领域且具有广阔的应用前景。     

双光子吸收三维数字光存储

双光子吸收三维数字光存储是实现超高密度光存储的一种重要方法,双光子吸收几率与作用光强的平方成正比,使得只有位于焦点小范围内的记录介质受到激发,双光子吸收激发的光致聚事作用,光致变色作用、光致荧光漂白、光折变等效应,引起这一小范围内记录介质的光学性质发生改变,结果能将信息写到亚微米尺度的体积单元中,实现三维数字光存储,这种双光子吸收三维数字光存储密度可达10^12Bits/cm^3。文章介绍了双光子吸收三维数字光存储的原理和进展。     

有机材料的双光子吸收物理特性及其应用

近年来，具有大双光子吸收截面的有机材料的物理性质及其应用的研究成为令人关注的重要研究课题。文章综述了有机材料的双光子吸收过程，物理特性以及其实验测试和研究方法，评述了有机材料的双光子吸收效应的应用，包括上转换散射，光学限幅，双光子荧光显微成像、三维光信息存储和光学微加工等。     

An Investigation of Three-Dimensional Construction Methods in the Micromachining of Silicon Surfaces with an Ultraviolet Laser

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｒｅｑｕｉｒｅｎｏｖｅｌａｎｄｕｎｉｑｕｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｏ...     

彩色三维激光扫描测量方法的研究

提出了彩色三维激光扫描测量方法，即在单色三维激光扫描测量数据上贴合彩色的数字图像。给出了单色三维测量模型——三维光平面方程测量模型，提出了全新的测量系统参量的快速标定方法，并制作了标定靶标。给出了物体三维数据和颜色信息的贴图技术。利用所研制的装置对招财猫模型进行了实验测量，得到了满意的结果。     

双光子激光扫描荧光显微镜及其应用

文章对双光子激光扫描荧光显微镜的原理及其应用进行了综述,双光子激光扫描荧光显微镜的本征的空间三维成像特性广泛应用于生命科学、半导体和三维高密度数据存储及其微细加工的研究。     

利用STM进行纳米加工过程中的阈值现象研究

我们发现利用ＳＴＭ在石墨表面制备的纳米结构的特征与隧道结静态电阻有较为明确的关联性，很可能分别对应于隧道结在高场强下的场电子发射现象和电击穿现象，此外，纳米结构的几何特征与材料表面局域的电子输运特性亦有密切联系。     

飞秒激光在三维微细体系中的应用

飞秒激光的超快特性使其能以极低的脉冲能量获得超强光场,并且激光加照区淀积的能量能以通过热扩散途径逸出辐照区域,其与透明物质相互作用是通过双光子或多光子吸收过程实现,故作用区限域于焦点核心很小体积内,因而在三维微制备及生物医学领域有着独到优势。文章介绍了飞秒激光应用于微爆炸、高密度三维光学数据存储、直写光波导及三维光子晶体制备、生物医学工程等方面的最新进展。飞秒激光三维微制备技术在微电子、计算机、光通信、生物医学等高技术领域有着广阔的应用前景。     

三维激光扫描系统中曲面空洞的识别与修复

为了解决三维激光扫描系统中重构曲面存在的空洞问题,提出了基于Floyd最短路径选择算法的空洞识别与修复方法。该方法对三维曲面中所有可能构成空洞的边界点进行逐个处理,采用树搜索算法获得与处理点直接或间接相连的边界点;将搜索到的边界点作为路径选择的节点,将连接节点的边界边作为路径选择的边并根据节点的搜索级别设置边的长度。当新搜索到的边界点与已搜索点发生重复时,首先,利用Floyd算法处理距离矩阵和路由矩阵找到空洞端点;然后,根据重复点与空洞端点生成空洞边集,最后,采用波前法对空洞边集进行处理。实验结果表明:本文所提方法能够准确识别连接有孤立边的空洞以及两个相邻空洞的特殊空洞结构,与传统方法相比,该方法具有更强的通用性和鲁棒性,空洞修复数量与两个传统方法相比分别提高了54.1%和21.3%。     

Two‐Photon Imaging of a Cellular Line Using Organic Fluorescent Nanoparticles Synthesized by Laser Ablation

A comparative study of the optical properties of organic fluorescent nanoparticles fabricated by laser ablation (NPs‐LA), reprecipitation (NPs‐RP), and microemulsion (NPs‐ME) methods is presented. These nanoparticles contain a fluorene‐based p‐conjugated molecule (BT2). Distinctive electronic transitions are observed in samples due to the specific way in which the molecule BT2 is assembled in each type of nanoparticles; for instance, transitions involved in absorption and emission spectra of NPs‐LA result in blueshifting with respect to the molecular solution of BT2, whereas redshifting is observed in NPs‐RP and NPs‐ME. Further, the results show that under infrared excitation, the aqueous suspensions of NPs‐LA exhibit the highest fluorescence induced by two‐photon absorption (≈790 GM at 740 nm), as well as the best photostability, compared with aqueous suspensions of NPs‐RP and NPs‐ME. The nanoparticles synthetized by the three aforementioned methods are employed as exogenous agents for the visualization of human cervical cancer cell line (HeLa) using confocal and two‐photon microscopy. Under similar experimental conditions, it is found that microscopy images of the best quality are obtained with NPs‐LA. These results show that laser ablation is a suitable technique for the fabrication of organic fluorescent nanoparticles used as contrast agents for in vitro fluorescence microscopy.     

Discrete Green's Function for Lattice Random Walk

１　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｏｐｔｉｃａｌｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｐｒｏｂｅｂｒｅａｓｔｃａｎｃｅｒａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｈｕｍａｎｔｉｓｓｕｅ’ｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅｌｙ［１,２］．Ｐｈｏｔｏｎｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｎｔｉｓｓｕｅｐｌａｙｓａｋｅｙｒｏｌｅｉｎｏｐｔｉｃａｌｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ,ａｌａｔｔｉｃｅｒａｎｄｏｍｗａｌｋｍｏｄｅｌ［３,４］ｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｄ…