在一个方向上采用电扫描的声显微术

声显微术是工业无损检测和超声医疗中常用的技术。超声的频率较高时(如远高于100MHz),机械扫描的超声显微装置可以得到很高的分辨率,这可以弥补扫描过程中,需要几秒扫描时间这个缺点。超声频率较低时(如远低于100MHz),则需要一种简单、有效的方法以减少扫描时间,尤其是超声显微术用在流水线生产上对廉价产品进行快速,频繁的检测时。在一个方向上用电扫描的显微术使这种需要成为可能。     

用于线路板检测的高分辨率X射线像增强器的研制

鉴于传统的检测方法无法看到封装后芯片内部的线路虚焊和桥接等问题,而且随着封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现,对于检测装置的分辨率要求越来越高,而高分辨率的X射线检测装置是解决这一问题的关键。提出一种新型高分辨率X射线像增强器,它是线路板检测和芯片封装检测装置中的核心器件之一,其极限分辨率制约着X射线检测装置的发展。通过对其制作工艺的改进和采用新型窗口材料进行真空封接,使其分辨率达到了20lp/mm。     

采用电子聚焦和可变孔径控制电路提高B型线阵超声显像仪的分辨率

本文介绍了影响B型超声显像仪分辨率的诸因素,着重描写了采用电子聚焦和可变孔径控制电路提高B型超声显像仪图像的横向和纵向分辨率的具体实施方案,用此方法做成的聚焦控制电路简单,元件少,成本低,焦区分辨率可达2—3mm.     

数字全息显微术对细胞的研究

通过数字全息显微的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构. 根据全息理论、光的衍射理论和透镜的相位变换性质,从理论上分析了数字全息显微原理,并依据四步相移和最小二乘去包裹技术,研究了重构细胞相位的方法.分析比较了不同参考光对数字全息显微分辨率的影响,设计了用球面光波作为参考光记录数字全息显微的装置.以新鲜洋葱表皮细胞为样本完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息,并粗略估计了细胞宽度和厚度.系统分辨率达到了1.3 μm.     

超声显微检测方法对产氚包层焊缝的适用性研究

针对产氚包层中盖板流道封焊的结构设计与特点,开展了超声显微检测方法研究,确定了超声显微检测参数及该方法的适用性问题。以盖板流道封焊为研究对象,选择JSR DPR500 超声显微检测系统进行检测参数研究,分析了超声显微检测中探头参数及声束聚焦的特点;采用不同参数探头及水层厚度,提高了检测灵敏度,并解决了盖板流道封焊中小缺陷不易检出的难题。     

微球透镜超分辨显微成像与检测技术综述

受衍射极限的影响,传统光学显微镜的分辨率最高约为波长的一半,突破衍射极限,获得更高的成像分辨率是近年来显微成像领域的研究热点。相比于其他超分辨显微成像方式,基于微球透镜的超分辨显微成像方式具有简单直接、免标记等优点。主要介绍国内外研究团队将微球与传统的光学显微镜结合实现超分辨显微成像的研究进展,从微球透镜参数选择、成像方案、成像分辨率、成像视场及成像机理等多角度进行总结与比对;并结合课题组工作,介绍了将微球透镜与干涉显微技术相结合的三维超分辨检测技术,阐述了Linnik型与Mirau型两种检测光路原理,分析了三维超分辨检测的效果;展望了微球透镜超分辨显微技术在显微成像与显微干涉检测两个方面待解决的问题与发展方向。     

相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术研究

基于全量子理论对相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)过程进行了分析, 在此基础上搭建了单频CARS显微成像系统, 获得了不同尺寸聚苯乙烯微球高对比度的CARS显微图像. 为了标定成像系统的空间分辨率, 采用逐点扫描方式对直径为110 nm聚苯乙烯微球成像, 从而重构出系统的点扩展函数. 结果表明: 该CARS显微成像系统的横向空间分辨率约为600 nm, 而由阿贝衍射极限决定的理论空间分辨率约为300 nm. 分析了导致分辨率降低的原因, 并提出了解决方案. 为实现纳米分辨的CARS显微成像打下了坚实的基础.     

反射式数字全息显微术对细胞的研究

根据全息理论和光的衍射理论,理论分析了数字全息显微术原理,并依据四步相移和最小二乘相位展开技术,研究了重构细胞相位的方法.设计了用球面光波作为参考光的反射式数字全息显微光路,通过反射式数字全息显微术的方法分析研究了新鲜洋葱表皮细胞的形貌结构.实验以新鲜洋葱表皮细胞为样本,完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的相位和三维信息.分析表明,系统理论分辨率应达到0.8 μm.     

远场超分辨随机光重建显微镜(STORM)研究进展

了解细胞内分子尺度的动态和结构的特征是生命科学迫切需要解决的问题,要求远场光学成像要求纳米或亚纳米量级的空间分辨率.介绍了一种实现打破衍射极限的远场荧光显微成像技术--随机光重建显微术(STORM),其分辨率可以达到横向分辨率20 nm,轴向分辨率50 nm,理论上这种方法的空间分辨率可以达到单分子定位的精度.具体介绍...     

大视场面阵CCD显微测量仪

充分利用 CCD技术和计算机的图像处理能力 ,在满足大多工业精度要求的前提下 ,研制成了一种低成本、大视场的 CCD显微测量仪 ,用于光学元件的检测。当线视场为 10 mm时 ,该系统的横向分辨率可达 12 .9μm,精度可达1μm,纵向分辨率可达λ/8,足以满足一般工业检测的需要     

基于扫描探针技术的超分辨光学成像和谱学研究进展

通过对光与物质相互作用产生的各种效应的研究可以获得物质的组分、结构、电学、力学、相互作用等信息,因此光学激发和探测技术成为现代科学研究的重要工具。然而衍射效应将光学探测的最小空间尺度约束在波长量级,这严重限制了光学对微观结构的探测。近年来基于扫描探针显微镜发展而来的近场光学显微镜利用光学天线对光场的局域和增强作用,将光学探测的分辨率推进到10 nm的尺度。文章将介绍目前一种主流的光学超分辨技术——散射式扫描近场光学显微镜及其在材料科学和生命科学方面的前沿研究进展。     

超分辨成像及超分辨关联显微技术研究进展

光学成像系统中有限孔径对光波的衍射,使得光学显微成像技术的分辨率受到"衍射极限"限制而无法进一步提高.自1873年E.K.Abbe提出该问题以来,衍射极限就一直是学术界研究的热点.近年来,随着高强度激光、高灵敏探测器等光电器件研制技术以及新型荧光探针开发等相关领域的快速发展,光学显微技术衍射极限问题的研究迎来了新的契机,超分辨显微成像技术(super-resolution microscopy.SRM)在近十年内取得了令人瞩目的巨大成就.本文从空域和频域角度回顾了衍射极限分辨率的基本原理,并据此对目前常见的各种SRM技术"绕过"衍射极限提高分辨率的机理给予了详解,同时介绍了各类技术的发展动态和研究方向;作为SRM的一个新的重要的发展趋势,本文详细介绍了超分辨关联显微技术的最新研究进展,包括SRM与活细胞实时荧光显微、荧光寿命显微、光谱测量和成像、电子显微、原子力显微、质谱技术等的关联,着重讨论了各类超分辨关联显微技术的作用和意义;最后,对SRM技术和超分辨关联显微技术的未来发展方向进行了展望.     

Imaging properties and applications of scanning optical microscopes

This review paper is concerned with the imaging properties and major uses of scanning optical microscopes. It is shown that the confocal scanning microscope exhibits a form of super-resolution and that the instrument in general has great application in nonlinear microscopy and the inspection of electronic devices.     

Synthetic aperture imaging by scanning acoustic microscopy with vector contrast

Based on phase sensitive scanning acoustic microscopy (PSAM), a novel scheme suitable for volume imaging has been developed. The method employs synthetic aperture insonification combined with synthetic aperture imaging. Excitation and detection are performed by planar scanning of two focusing transducer and vector (phase and amplitude) detectors for the ultrasonic wave packages observed in transmission. Examples for applications of the scheme, including technically relevant simplifications based on reduced dimensions of the scan ranges, are presented. Detection schemes already applied for non-destructive testing (NDT) and non-destructive evaluation (NDE) of the mechanical properties of functionally graded materials are an example for the application of the generalised approach presented here with reduced dimensions of the scan. The technique is suitable for NDT and NDE imaging respectively with three-dimensional resolution.     

激光超衍射加工机理与研究进展

随着纳米科技和微纳电子器件的发展,制造业对微纳加工技术的要求越来越高.激光加工技术是一种绿色先进制造技术,具有巨大的发展潜力,己广泛应用于不同的制造领域.为实现低成本、高效率、大面积尤其是高精度的激光微纳加工制造,研究和发展激光超衍射加工技术具有十分重要的科学意义和应用价值.本文首先阐述了基于非线性效应的远场激光直写超衍射加工技术的原理与国内外发展状况,包括激光烧蚀加工技术、激光诱导改性加工技术和多光子光聚合加工技术等;然后介绍了几种基于倏逝波的近场激光超衍射加工技术,包括扫描近场光刻技术、表面等离子激元光刻技术等新型超衍射激光近场光刻技术的机理与研究进展;最后对激光超衍射加工中存在的问题及未来发展方向进行了讨论.     

平面超透镜的远场超衍射极限聚焦和成像研究进展

突破瑞利衍射极限,实现纯光学的远场超衍射极限聚焦和成像在科学和工程的各个领域都有重要意义.现有光学超分辨技术都存在一些固有的限制因素,如工作距离短、适用领域窄、不利于集成等问题.平面超透镜由于理论上的创新、设计灵活、效率高、方便集成等优势,成为实现超衍射极限的有效途径.本文综述了平面超透镜的物理原理及其在超衍射极限聚焦和成像方面近年来的研究进展,并讨论了该领域面临的问题和未来的研究重点和方向.     

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。     

Subsurface damage in optical substrates

The origin, character, analysis and treatment of subsurface damage (SSD) were summarized in this paper. SSD, which was introduced to substrates by manufacture processes, may bring about the decrease of laser-induced damage threshold (LIDT) of substrates and thin films. Nondestructive evaluation (NDE) methods for the measurement of SSD were used extensively because of their conveniences and reliabilities. The principle, experimental setup and some other technological details were given for total internal reflection microscopy (TIRM), high-frequency scanning acoustic microscopy (HFSAM) and laser-modulated scattering (LMS). However, the spatial resolution, probing depth and theoretic models of these NDE methods demanded further studies. Furthermore, effective surface treatments for minimizing or eliminating SSD were also presented in this paper. Both advantages and disadvantages of ion beam etching (IBE) and magnetorheological finishing (MRF) were discussed. Finally, the key problems and research directions of SSD were summarized.     

基于最大似然法的共焦拉曼光谱成像方法

随着现代科技对纳米微观区域兴趣的增加,如DNA测序、分子纳米器件微结构检测等,其对拉曼光谱技术的空间分辨力提出了更高的要求,而现有共焦拉曼光谱技术受自身原理限制,空间分辨力已无法满足科学需求。针对这一问题,在现有共焦拉曼光谱技术的基础上,提出一种基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法。该方法将超分辨图像复原技术与共焦拉曼光谱技术相结合,利用基于Poisson-Markov约束的最大似然超分辨复原算法对共焦拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理,恢复图像高频成分,进而改善共焦拉曼光谱系统的空间分辨能力,实现超分辨成像。仿真分析和实验结果表明,提出的基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法在不改变现有共焦拉曼光谱系统光学结构的前提下,仅对单幅拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理,即可将系统空间分辨力提高到200 nm,实现超分辨成像,同时该方法具有较强的噪声抑制能力。该方法有效地提高了共焦拉曼光谱系统的空间分辨力,为物理化学、材料科学等前沿领域中的高空间分辨微区光谱探测提供了一种新的途径,是一种行之有效的高空间分辨的共焦拉曼光谱成像方法。