三维超分辨光瞳滤波器

提出一种改进的漏光型环形光瞳滤波器以期达到三维超分辨效果。对该光瞳滤波器与单透镜系统相结合的横向和轴向特性进行了详细分析 ,并给出了一个具有三维超分辨特性的光瞳实例。结果表明这种改进的漏光型光瞳滤波器具有三维超分辨能力 ,由于其轴向旁瓣强度太大 ,故利用共焦扫描成像系统点扩散函数乘积性抑制旁瓣 ,并取得较好的三维超分辨效果     

阵列式共焦显微系统超分辨特性的研究

针对光学阵列共焦显微系统中存在分辨力的下降，提出引入一种新型三区振幅型光瞳滤波器以提高其三维探测能力。首先根据基尔霍夫衍射理论推导出光学阵列共焦显微系统三维相干成像公式，与现有理论相比，能更准确地定量描述共焦阵列成像过程，进而将共焦阵列显微技术和光学超分辨技术有机结合，利用三维超分辨评价函数对光瞳滤波器的参数进行优化设计，通过压缩各探测光路的横向和轴向半极值宽（HWHM），以提高其三维扫描探测能力，从而为实现快速、超精密三维测量提供了一种有效的技术途径。     

复振幅型兰维超分辨光瞳滤波器的优化设计

提出一种基于进化算法的复振幅光瞳滤波器光瞳函数参数优化设计的新方法.通过计算机的模拟,结合实际使用场合对光能效率、旁瓣影响效应和超分辨能力的要求,选择合适的参数实现最佳三维超分辨成像效果,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.利用进化算法设计的光瞳滤波器设计简单,同时有较好的综合效果,具有较大的GA,GT,S值.理论和实践均表明该设计方法是高效和可靠的.     

共焦扫描显微术中影响轴向分辨率的因素分析

着重分析了共焦扫描术中影响轴向分辨率的各种因素 ,并给出了初步的实验结果 ,同时讨论了优化轴向分辨率的可能途径     

Toraldo光瞳滤波器对光学系统成像分辨率的影响

研究Toraldo光瞳滤波器横向、轴向及三维成像分辨率与滤波器结构参数的关系,推导出各分辨率与两区及三区漏光环型Toraldo光瞳滤波器环型区域的遮挡率和透过率之间的解析表达式,并给出它们的关系曲线图。二区漏光环型光瞳滤波器横向分辨率随中心透过率的减小而增大,一般情况下轴向分辨率随中心透过率的增大而增大。三区漏光环型光瞳滤波器横向超分辨率要求中心透过率低,而轴向超分辨率要求中间的透过率比两边低。可设定不同的透过率和遮挡率来分别实现横向、轴向及三维成像超分辨率。     

用于共焦扫描显微成像系统的位相型超分辨光瞳滤波器

对于三区位相光瞳滤波器与单透镜系统相结合的系统 ,分析了在给定斯特耳比S后有、无光瞳滤波器时的超分辨特性 ,并据此给出了一个模拟计算实例。由于单透镜系统加上该滤波器时旁瓣强度太大 ,因此将一个特殊光瞳加入共焦显微成像系统实现好的超分辨效果。     

变迹术对改善共焦系统分辨率的实验研究

给出了在反射式光纤共焦扫描成像系统中 ,利用变迹术提高系统分辨率的原理 ,并做了相应的对比实验 .在加入变迹掩模后 ,系统对物体的成像响应曲线、物体直边边缘展宽量都有所改善 .实验数据证明 ,改变光瞳函数可以提高系统的横向分辨率 ,同时不降低系统的纵向分辨率 .     

用滤波器提高共焦系统纵向分辨率的实验研究

针对采用有限大小探测器的其焦显微系统,利用两区相位型滤波器提高系统的纵向分辨率。在实验上,采用1透射式液晶空间比例制器实脱了对共焦显微系统照明光场位相的动态调制,测量了探测针孔直径分别为5μm、10μm和15μm时,共焦显微系统纵向分辨率随滤波器参数的变化规律。实验结果说明,在探测器为有限大小的情况下,利用该滤波器可以使共焦显微系统的纵向分辨率提高17．8％。另外,从实验结果还可以看出,滤波器的性能受到探测针孔尺寸的影响。     

基于晶体的“非三明治”结构可调横向超分辨光瞳滤波器设计

研究了基于双折射晶体的非"三明治"结构的分区光瞳滤波器在低数值孔径聚焦系统中的光学特性。以内区为玻璃和外区为双折射晶体的两区光瞳滤波器为例,给出了此类光瞳滤波器光瞳函数的精确表达式。结合标量衍射理论,数值模拟了其光学特性。结果表明,通过旋转光瞳滤波器可以实现系统焦平面上横向光学超分辨的连续调节,同时可以扩展焦深。这种滤波器较现有的基于双折射晶体的光瞳滤波器具有更高的光能利用率,并且其可调性更方便于实际应用。     

光纤共焦系统中影响轴向分辨特性的因素分析

为了提高光纤共焦显微成像系统的轴向分辨力,分析了光纤光斑尺寸、瞳半径,环形透镜、光纤与透镜的匹配等对该系统轴向分辨率的影响。利用光纤共焦成像系统的三维相干传递函数,对一理想反射镜进行轴向扫描,建立系统的轴向响应函数,分析和研究了各参数对系统轴向分辨力的影响。实验结果表明,为使系统获得较高的轴向分辨率,需控制与光纤光斑尺寸有关的参数A≤3,选用放大倍率较大的物镜,并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径,而在光纤共焦系统中引入环形透镜并不能提高系统的轴向分辨力。     

入射光场分布对超分辨光瞳滤波器超分辨性能和焦深的影响

光瞳滤波器是一种重要的调控焦点处光强分布的器件。借助光的标量衍射理论,研究了不同的入射光场分布对超分辨光瞳滤波器的超分辨性能和焦深的影响。研究结果表明:在入射总光能相同的情况下,光场以高斯函数分布入射时,与均匀光入射相比,其超分辨性能和焦深扩展特性变化很小。当光场以零阶贝塞尔函数分布入射时,光斑压缩比基本不变,斯特雷尔比有所下降,焦深有一定扩展。当光场以一阶贝塞尔函数分布入射时,光斑压缩比有所减小,斯特雷尔比有较大提高,焦深有所减小。总之,在相同情况下,光束的光强分布越靠近边缘,越有利于实现超分辨,斯特雷尔比和焦深两个量中其中一个的增大以另一个的减小为代价。     

超分辨远场生物荧光成像——突破光学衍射极限

长期以来,远场光学荧光显微镜凭借其非接触、无损伤,可探测样品内部等优点,一直是生命科学中最常用的观测上具.但由于衍射极限的存在,使传统的宽场光学显微镜横向和纵向的分辨率分别仅约为230 nm和1000 nm.为了揭示细胞内分子尺度的动态和结构特征,提高光学显微镜分辨率成为生命科学发展的迫切要求,在远场荧光显微镜的基础上,科学家们已经发展出许多实用的提高分辨率甚至超越分辨率极限的成像技术.例如,采用横向结构光照明提高横向分辨率到约100 nm,利用纵向驻波干涉效应将纵向分辨率提高5～10倍.然而,直到在光学荧光显微镜中引入非线性效应后,衍射极限才被真正突破,如受激荧光损耗显微镜利用非线性效应实现了30～50 nm的三维分辨率.另外应用荧光分子之间能量转移共振原理以及单荧光分子定位技术也可以突破衍射极限,甚至可以将分子定位精度提高到几个纳米的量级.