界面折射率不一致对显微成像穿透深度的限制

在运用共焦显微术及低相干显微成像术等进行光学断层成像时,要将光束聚焦到样品内部以便实现光学断层成像,然而由于生物组织等的折射率与盖玻璃以及浸液不同,因而会引入很大的球差,从而使入射电磁波发生畸变.分析了由于多层折射率不一致而引入的球差的大小,并运用所得的公式计算了折射率不一致对光在样品中穿透深度及焦面附近光场分布的影响.     

一种基于压缩传感的超分辨光学三维成像技术

为了改善光学成像中的成像质量和效率,提出一种基于压缩传感的超分辨光学三维成像技术.通过物镜、编码板、色散元件、准直镜、聚焦镜、探测器等组成前端成像系统,然后,利用稀疏重构算法在后端处理器上重构光谱数据,从而将成像运算量从前端转移到后端.同时,引入块重构、错位预处理、多帧重构技术,提高重构的准确度,减小后端处理内存,降低计算复杂度.通过仿真实验对原始数据和重构数据的光谱曲线、信噪比、光谱误差、分类识别效果等指标进行对比分析,结果表明,利用本文压缩传感技术可以实现超分辨光学三维成像,且成像质量较高,数据应用效果较好,可用于大幅宽、高分辨率、低功耗、动态目标的成像观测.     

关于左手性介质几何光学的研究（一）

根据几何光学中的费马原理和完善成像原理研究了光线经过正负折射率界面时的传播特性，推导了单负折射率完善成像的曲面方程，讨论了单块负折射率透镜成像特性的一些缺陷及改进方案，依此指出了最短时间原理的适用范围的局限性和利用左手性介质制作光学器件的优越性，为进一步研究左手性介质的光学特性和相关光学器件设计提供了理论基础.     

水槽成像法测定液体折射率

实验利用几何光学的原理,通过水槽成像间接地测定液体的折射率。     

梯度折射率透镜在口腔内窥镜中的设计与应用

作为口腔内窥镜的摄像镜头，利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、结构简单、分辨率高、成像景深大的优点，研制出一套适合医患交流及进行口腔检查与治疗的医疗装置。采用修正折射率剖面的梯度折射率透镜, 降低系统渐晕，减小畸变,获取口腔内部图像，经CCD光电转换装置转换成电信号，再将电信号经过数字信号处理以后，将该数字信息存储于计算机内部或在显示器上显示出来。口腔内窥镜是集梯度折射率透镜、光学原理、光学材料与加工、微电子、数字成像技术等为一体的新型医疗设备。特别是采用经修正的梯度折射率透镜制造的口腔内窥镜成像清晰, 在图像畸变、景深等方面优于现有产品，而且便于对患者的各种信息进行管理、查询、输出等。     

布洛赫表面波效应及其传感应用

布洛赫表面波(BSW)技术是一种新型的基于全介质结构的光学传感技术,具有低光学损耗、大相位跳变以及高设计自由度,近年来得到了广泛的研究。不同的结构设计和检测方案被提出并得到验证,相关技术被证明可用于免标记的生物传感检测、气体传感检测、荧光检测等。从BSW技术的基本原理、传感器件、检测系统和方法方面,介绍了国内外BSW技术的研究进展。     

皮肤微循环无损伤光学成像技术的新进展

微循环信息的获取对于各类疾病的诊断和治疗有着及其重要的作用。皮肤微循环无损伤成像技术取得了很大的进展,出现了各种非光学方法(核磁共振成像、正电子发射断层成像术、超声波成像等)和光学方法(共焦显微镜、光学相干断层摄影术、新型的正交偏振光谱成像技术等)。主要介绍了皮肤微循环无损伤光学成像技术的新进展。     

梯度折射率介质下的光路计算与成像研究

使用激光照射具有梯度折射率的介质将形成海市蜃楼现象的光路轨迹"可视化"。主要研究了不同波长的激光在线性和非线性梯度折射率介质中的光路轨迹和成像情况。基于几何光学原理推导了光路方程并使用Matlab光线追迹算法计算了线性和非线性情况下的成像。实验上,通过自制仪器配置有折射率梯度的溶液并观察光路轨迹以及拍摄实物成像。实验拍摄的光路轨迹与理论推导基本一致,为海市蜃楼等现象的演示以及成像问题的研究提供了新的参考。     

光盘上集成的液体微透镜阵列与可重构超分辨成像

微透镜辅助显微镜实现超分辨成像观测,具有免标记、无损伤、实时、定域和环境兼容性好等优势.液体微透镜阵列具有均一、易操控的特性,可实现无复杂机械扫描与驱动的超分辨成像.然而,简单高效地精确控制成像距离是微透镜实现超分辨成像的关键技术挑战.本文利用紫外曝光技术,实现了光盘上光刻胶微孔深度的均一性.结合液体自组装技术,在微孔中填充甘油液滴,保证微透镜辅助超分辨的成像距离.在光学显微镜下实现了对226 nm光栅栅线的可重构超分辨观测与1.59倍成像放大.本文从液体微透镜的阿贝显微成像原理出发,通过理论与模拟解释了液体微透镜的成像放大与超分辨特性.由此可见,光盘上集成的液体微透镜阵列在光学纳米测量与传感等器件中展现了巨大的应用潜力.     

聚二甲基硅氧烷的折射率和线膨胀气压响应特性

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种高分子有机硅化物,广泛应用于微流控芯片制备、生物、光学以及复合材料基体等不同的领域.通过结合PDMS与光纤结构构建了光纤干涉仪,利用光学传感技术研究了PDMS折射率和线膨胀的气压响应特性.实验结果表明,PDMS的折射率随气压的变化率为-2.1×10-2 RIU/MPa(RIU为折射率单位),线膨胀随气压的变化率为17.3 μm/MPa.采用光学测量的形式对PDMS的折射率和线膨胀气压响应进行研究,精确度和可靠性更高.     

多参量光声成像及其在生物医学领域的应用

光声成像兼具声学成像和光学成像两者的优点, 因而成为近十年来发展最迅速的生物医学成像技术之一. 本文介绍了光声成像的特点及其相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点; 其次, 解释了光声成像的成像原理, 在此基础上介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像方案, 并介绍了它们的技术特点; 然后, 介绍了光声成像对生物组织的生化特性、组织力学特性、血液流速分布、温度分布参数、微结构特性等多信息参量的提取能力, 及其在生物系统的结构成像、功能成像、代谢成像、分子成像、基因成像等多领域的应用; 最后, 展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性.     

确定性相位掩膜可压缩双透镜成像

压缩成像是压缩传感理论的一个重要应用领域.本文将确定性测量引入压缩成像,提出一种确定性相位掩膜可压缩双透镜成像方法.模拟实验结果表明,新的成像方法可以在显著地降低物理实现成本的同时,有效地捕获图像信息来重建原始图像.此方法改变了经典的模拟-数字转换的光学成像思路,减少模数转换开销,并有利于图像的传输和存储,可以为照相机的设计提供若干理论、计算和技术支撑.     

编码摄像

编码摄像通过对光照、光路、传感等进行调制获取编码耦合的场景信息,并利用解码计算与图像信号处理,实现高精度场景重建,从而突破传统光学成像模型和物理器件的局限,有效提升成像系统的信息传递效率。随着光源、光学元件、传感器等成像要素的不断革新以及新型成像方法的出现,编码摄像技术取得了快速的发展,应用前景广阔。本文对编码摄像技术的进展进行了综述,重点围绕光照编码、光路编码和传感编码三个方面进行介绍。     

多光子皮肤成像技术及其应用

多光子成像技术是一种层析能力好、信噪比高的新型光学成像技术。在皮肤光学三维检测中,多光子技术已经应用于无创在体成像,且已得到产业化开发。本文将首先介绍多光子皮肤检测系统的若干核心技术,即双光子自发荧光技术、二次谐波成像技术、荧光寿命成像技术、相干反斯托克斯-拉曼成像技术等,然后简要介绍多光子成像系统在皮肤疾病成像检测上的应用,最后分析该系统的优势和未来可能的发展趋势。     

彩虹法和成像法测量玻璃微珠折射率对比研究

基于几何光学原理,彩虹法使用激光作为光源,利用激光在玻璃微珠中进行一次或者多次内反射后出射形成最小偏向角,在最小偏向角附近形成彩虹条纹,通过测量彩虹条纹来反演计算玻璃微珠的折射率。然而,成像法则根据厚透镜的成像原理,对玻璃微珠所成的像经过显微物镜放大后使用CCD相机进行接收,获得玻璃微珠的焦距,进而测得对应玻璃微珠的折射率。较传统方法来说,彩虹法和成像法具有安全、简便和快捷的优点。对型号不同的玻璃微珠,分别使用彩虹法和成像法测量其折射率,并对它们的测量结果进行了对比分析,都获得相对于名义值的误差小于1%的结果。     

费米折射率平面波导激励的差分检测型对称结构表面等离子共振传感研究

为了实现被测折射率范围可调,提高检测灵敏度,将双波长差分检测技术应用于平面波导激励的金属-介质-金属组成的对称型表面等离子体共振传感结构中.通过对对称结构的模式特性分析,研究了该结构中激发等离子体表面波时,介质厚度与被测折射率的关系及双波长差分检测的原理.采用离子交换法制备平面波导,用费米函数拟合其渐变折射率分布.用光强调制方式,分别进行单波长和双波长差分检测,对折射率为1.33~1.428之间的甘油溶液进行测试,实验结果表明,该结构可激发等离子体表面波,与传统平面波导激励的表面等离子体共振传感结构相比,通过改变被测介质的厚度可以改变共振条件,进而改变折射率的测量范围.若被测范围选择合适,检测的线性较好,采用差分检测方法比单波长检测方法的灵敏度提高近一倍.     

Schlieren成像和声场可视化

Schlieren技术是利用声场引起透明媒质光折射率的变化而实现声场可视化的光学成像技术。它具有对声场无干扰、快速、瞬态成像的特点。本文利用二维光学Fourier变换分析了Schlieren技术的成像原理,在采用连续激光和高速ICCD的Schlieren成像系统中,实验研究了平面波声场和线聚焦声场中换能器光学校准方法和声压的定量检测技术。发展声场瞬态和动态成像技术,观测了声波的聚焦过程和固-液界面的声场分布和变化。这些结果表明Schlieren技术是一种有效的声场可视化和定量检测的光学成像技术。     

简单光学成像技术及其研究进展

计算成像为光学成像系统提供了更强大的信息获取能力,通过在成像链路中引入编解码过程,在增大信息量的同时降低系统的复杂度,为实现更简单和更智能的成像系统奠定了基础.本文总结了以计算成像为基础的简单光学成像技术的发展.简单光学以小型化和集成化的成像元件与系统为目标,将光学系统设计与图像处理算法进行联合优化,在小尺寸、低质量和低功耗的系统中实现与复杂光学系统相媲美的成像效果.随着微纳加工技术的发展,简单光学元件从单透镜或少片透镜逐渐发展到衍射光学元件、二元光学元件和超构表面等平板光学元件.复原算法中总结了正向求解算法、基于模型的优化迭代算法和深度学习人工智能算法.本文介绍了深度成像、高分辨与超分辨成像、大视场和大景深成像等技术,以及简单光学在消费电子、自动驾驶、机器视觉、安防监控和元宇宙等领域发挥的作用,并对未来的发展进行展望.     

光学分子成像技术取得新进展

骆清铭、张智红、赵元弟、杨杰、罗若愚等人完成的“用于药物筛选和药效评价的光学分子成像动态监测理论与方法研究”项目针对在药物筛选与药效评价应用中存在的问题,从系统生物学角度出发,通过探索生物分子信息的建模、仿真与信号处理新理论与新方法,开发多元化的荧光分子探针,建立适合于长时程动态光学成像的细胞网络和实验动物模型,发展高时空分辨、高通量、高灵敏度的光学分子成像技术,形成了从光学分子探针、细胞与动物模型、光学成像监测装置到生物分子信息可视化的理论和技术体系,建立了可用于药物筛选和药效评价的光学分子成像动态监测平台。     

自聚焦透镜的三维相干成像特性分析

运用傅里叶光学方法，分析并推导了自聚焦透镜的三维相干成像公式。研究表明，虽然自聚焦透镜中介质折射率是径向渐变折射率分布，不同于薄透镜中的均匀分布，但是由于它的三维相干成像性质却类似于薄透镜，从而使自聚焦透镜可以在成像和光学信息处理系统中有效地代替薄透镜，实现光学系统的微型化。