一种柱状矢量偏振光的检测与评价方法

针对非均匀复杂偏振光束难以用一种偏振状态描述的现象,提出了一种点对点的偏振光检测方法,该方法能够同时检测光束横向切面内所有点的偏振态,为非均匀偏振光描述提供足够的信息,解决了柱状矢量偏振光光束的质量检测问题。运用这种方法,对已知偏振光束进行验证检验取得了良好的效果,证明了该方法可以作为一种可靠、稳定的方法用对柱状矢量偏振光检测与评价。另外,一些描述柱状矢量偏振光均匀性的参数被重新定义,为柱状偏振光的质量描述提供了量化指标。     

光学移频超分辨成像技术进展

光学显微镜具有无损、样品友好、速度快等优点,一直是人类探索微观世界的主要手段。但是,由于受到衍射极限限制,长期以来,光学成像系统的分辨率最高仅能达到可见光半波长量级,逐渐成为科学技术发展的桎梏。对于荧光标记样品,可以利用荧光超分辨光学显微成像技术打破光学衍射极限,填补电子显微镜(约为1 nm)和普通可见光学显微镜(200~250 nm)之间的空缺。然而,对于大多数样品特别是非荧光标记样品而言,利用现有技术进行超分辨成像依旧存在相当难度。近年来,科研人员从合成孔径成像原理出发,提出了光学移频超分辨成像方法,开辟了光学超分辨成像的新思路。光学移频超分辨成像不拘泥于荧光非线性效应的限制,兼具非荧光标记样品以及荧光标记样品的超分辨成像能力,而且因为其成像速度快、样品普适性高和光毒性低等优点,在材料学、生物学和医学等领域展现了很好的应用前景。本文从原理和方法上详细综述了移频超分辨光学显微成像技术,并对未来发展方向进行了评述和展望。     

基于点扫描的超分辨显微成像进展

光学显微镜一直推动着现代科学技术的发展.随着科学的进步,对显微成像分辨率的要求在生物、材料等领域日渐凸显,而常规宽场显微成像一直面临着成像分辨率衍射受限的问题.1968年出现的共聚焦显微镜作为点扫描显微镜的开端第一次实现了远场下成像分辨率的突破,它具有层切性好、信噪比高等优点.在1994年出现的受激辐射荧光损耗显微镜将显微成像能力突破到2.8 nm左右,并成为目前效果最佳、应用较广泛的超分辨显微技术.荧光差分显微和饱和荧光吸收竞争等点扫描技术具有无荧光染剂限制、饱和光强低、光路简单等优势,并且能取得1/6波长的分辨能力,进而在超分辨显微领域仍有着发挥空间.Airyscan技术作为以上方法的补充可以弥补点扫描系统中由于探测小孔半径减小而带来的信号丢失,从而提高成像信噪比和分辨率,但阵列探测器成本较高.上述点扫描显微镜通过改变照明或者探测的方式实现了分辨率突破.本文详细讨论了点扫描超分辨方法的原理、成像效果及面临的瓶颈,并分析了点扫描超分辨显微镜在应用和技术上的趋势.     

聚乙烯吡咯烷酮杂化双色光敏激光直写光刻胶研究

有机高分子光刻胶是双色光敏激光直写技术实现微纳制造的介质和载体,直接影响了其所制造微纳结构的精度、真实度等性能.采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为杂化组分,引入到季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)活性单体中,以调控光刻胶的黏度、力学强度、体积收缩率和聚合反应速度等.结果表明,PVP与PETA存在氢键相互作用,可作为交联位点,提高光刻胶的交联度.同时,PVP的引入使得体系黏度增加,可降低氧阻聚效应,有效地提升了光刻胶中PETA的光聚合单体转化率(30.1%),获得了更高的灵敏度和更低聚合阈值(6.5 m W,20 wt%PVP).此外,PVP的引入还使得光刻胶的体积收缩率由18%降为3%,大幅减少了所制造结构的内应力,改善了光刻精度和微纳结构的真实度.最终,由PVP杂化光刻胶加工的线条精度高达48 nm,且比无PVP光刻胶具有更高的均匀性和规整度.本研究对高精度及高质量微纳制造和多种应用都具有重要的意义.     

受激发射损耗显微技术中0/π圆形相位板参数优化

采用光的矢量衍射理论,研究了0/π圆形相位板不同设计参数对于受激发射损耗(STED)显微镜中抑制光形成中空聚焦光斑聚焦质量的影响,并进行了数值模拟.相关计算结果表明,当采用不同偏振态、不同光强分布的入射光作为STED光,0/π圆形相位板内径的合理取值范围是不同的,而系统所用物镜的数值孔径对于内径的取值影响较小.在各种不...     

基于平面互补靶标的线结构光标定系统

为提升线结构光传感器的标定效率与精度,设计了一种集成自背光可调节位姿的平面棋盘格-同心圆互补线结构光标定系统。该系统基于同心圆圆心的真实投影位置与投影椭圆圆心位置的几何关系,建立非线性优化偏心误差补偿模型,精确得到透射投影下圆心偏心误差补偿位置。该方法与传统标定方法对比降低重投影误差84.7%,有效解决了圆形标志物偏心误差补偿的高精度标定难题。通过将相机坐标系下过光心、光条中心线的平面与靶标平面结合,多次获取空间交线的坐标信息增加特征点,并使用最小二乘法拟合光平面方程,解决了因特征点少从而平面拟合标定精度较低的问题。在复杂环境下重复实验测得大尺寸砂轮外径误差均值为0.005 1 mm,结果表明该标定系统具有一定的准确性和简便实用性。     

基于光场成像的表面三维重构

传统的成像方式单次曝光只能获取物空间二维横向分辨率信息,无法获取纵向深度信息,导致单次拍摄过程中物空间的深度信息丢失, 无法对物空间的目标物进行三维重构。光场相机内部采用光场传感器,不同于传统成像系统单次采集只能获取二维信息而造成的信息缺失,光场传感器可获取物空间的多维光场信息,同时其还具有便携等优点。采用光场相机进行拍摄,利用数字重聚焦以及散焦测距和相关计算的方法,实现密集深度图像的获取,基于matlab软件平台,对所获取的图像深度数据矩阵进行处理,最终实现物空间的三维重构。得到物空间的相对深度的归一化结果。本实验中,在深度范围为100 mm~1 500 mm范围内,实现平均误差为5.47%深度信息的表面三维重构,最大重构误差为8.30%。     

双色荧光辐射差分超分辨显微系统研究

为了拓展荧光辐射差分(Fluorescence Emission Difference,FED)显微术的应用,使得该方法可以同时对生物样品的不同组织结构进行超分辨成像,本文对双色FED显微系统展开了研究。FED的基本原理是将实心光斑扫描得到的共焦显微图像减去空心光斑扫描得到的负共焦图像,以此获得超分辨显微图像。在对单色FED显微系统进行研究后,本文提出了一种可行的双色FED显微成像系统方案。实验结果表明,在488 nm和640 nm激发光下,该系统在荧光颗粒上分别实现了135 nm和160 nm的空间分辨率,另外也能对生物样品的不同组织进行多色同时超分辨显微成像,满足了实际应用的要求。     

基于互相关的电光调制器相位标定方法

为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。