用于双光子激发荧光寿命显微成像的高重复频率皮秒扫描相机

建立了一台基于新研制的高重复频率皮秒扫描相机的双光子激发荧光寿命显微成像系统,重点介绍所研制的高重复频率皮秒扫描相机。为了在高时间分辨力的同时扩大时间测量范围,实现大面积两维空间高时间分辨取样测量,从而提高采样速率和更有效地发挥扫描相机的作用,设计和研制了一种大面积、高时间分辨力扫描变像管和一种重复频率高达1MHz的斜坡电压扫描电路。基于上述关键部件所研制的扫描相机具有重复频率高、扫描速度可调、时间分辨力高、工作面积大、非线性低、触发晃动小等优点。用钛宝石飞秒激光器作为激光脉冲源,通过脉冲提取器将76MHz的高重复频率降低为1MHz,采用可调延时器和标准具对扫描相机的时间分辨力、扫描速度和非线性进行标定。该系统的时间分辨力达到6.5ps,非线性为2.60%,可测量的时间范围从十几皮秒到几十纳秒。测量了若丹明6G和香豆素314两种标准荧光染料的荧光寿命,取得了与参考文献一致的实验结果。     

抛物面镜系统的光学图像处理

讨论了抛物面镜的变换特性;提出用一个凹抛物面反射镜组成光学图像处理系统,进行了相干光,部分相干光和白光的若干光学图像处理实验,证明了系统的可行性,并对系统的实用意义作了若干讨论.     

一种实现显微荧光寿命图的测量方法

将脉宽120fs、重复率76MHz激光引入激光扫描显微镜的激发光路,利用其扫描系统对荧光标记样品激发扫描,将激发出的荧光从荧光探测光路引入备用的外部探测口;在探测口接一快速光电倍增管,将光电倍增管的信号送给时间相关单光子计数器,获得时间相关的荧光强度图;最后通过计算机处理获得荧光寿命图。应用此系统对青色荧光蛋白(CFP)、黄色荧光蛋白(YFP)荧光寿命进行了测量,并应用CFP、YFP实现荧光共振能量转移的测量。通过实验看出利用已有的激光扫描显微镜,配合较先进的寿命测量方法,可以很好地实现显微荧光寿命图的测量。     

一种测量微量有机材料磁化率各向异性的光学方法

提出了一种测量有机材料的磁化率各向异性的方法。原理是利用掺杂对丝状液晶磁场扭曲费雷德里克兹转变影响的现象,将待测有机材料作为掺杂物,采用光学相位延迟法测量掺杂丝状液晶磁场扭曲费雷德里克兹转变阈值和过程,从而获得待测有机材料的磁化率各向异性。通过实验测量,从原理和方法上验证了测量方法的可行性。测得有机材料磁化率各向异性的同时也为有机材料的表征提供了一种方法。测量方法适用于无固有磁矩的有机材料。     

分子环境变化对振动退相时间影响的实验研究

物质分子振动退相时间测量是一种非标记无损分子检测方法, 用超连续谱时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射方法可同时获得分子振动谱和退相时间. 实验以苯甲腈和甲醇为样品, 研究当分子环境变化时, 其主要振动谱的振动退相时间变化情况. 将苯甲腈与无水乙醇混合, 测量了苯甲腈分子1017, 2247和3085 cm^-1三个典型分子振动的退相时间随环境变化的规律, 并得到了变化后的振动退相时间. 测量了甲醇分子2851, 2960 cm^-1两个相邻分子振动的退相时间随环境的变化情况, 给出实验变化规律. 这种方法具有检测分子所处环境变化和分子相互作用的能力, 在生命科学、分子生物学和材料科学等研究领域中具有重要的应用前景.     

光电扫描植物根形状几何测量方法

植物根形状几何测量在植物生长研究方面起着重要的作用。但植物根的形状很不规则，对其形状的几何测量对植物研究工作者来说，一直是一件十分困难的工作，特别是根吸收表面积的测量。本文采用通用光电扫描仪，将植物根的形状转化成数字图像，应用数字图像处理技术对数字化的植物根图像进行分析，提出一种边缘点去除与内点保留相结合的“三步细化方法”，在细化基础上采用链码法进行长度测量；采用圆柱逼近模型对植物根的表面积进行测量；用对比法对测量方法的结果作了比较。本文的方法具有应用价值。除植物根外，本文方法也适用于类似根形状物体的几何测量。     

双光子阵列点激发同时多维荧光信息的处理

五维同时荧光信息显微成像方法是一种新的荧光信息获取技术，它采用了双光子阵列点激发方式.这一方法可同时获取激发阵列点每点荧光的位置信息、荧光光谱信息和荧光寿命信息，弥补了现有荧光检测技术的不同功能信息不具有同时性的缺陷.给出了从这种技术的复合信息中提取复合光谱几何强度结构图像、不同光谱几何强度结构图像、不同光谱寿命图像的方法.提出了一种激发荧光强度修正系数矩阵方法，消除阵列点激发光强不均匀对激发荧光强弱产生的不利影响，取得明显效果.实验对实际样品做了数据采集和处理，给出图像结果，表明处理的效果良好.对存在的问题也作了讨论. 关键词： 荧光信息处理 双光子 荧光光谱 荧光寿命     

一种光学成像垂轴几何畸变校正方法

光学成像系统非线性几何畸变的校正仍是一个未能很好解决的课题，一些方法还不能很好地实用。本文对成像系统主要因镜头的失常导致的非线性几何畸变，分析了成像过程。提出一种以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型。依据此模型，提出一种通用的校正方法，应用计算机处理，可对实际的非线性几何畸变图像进行校正。文中用所提出的方法对实际成像的畸变进行了校正，给出了校正实验结果，校正效果良好，有一定的实验价值。     

混合溶液中CARS过程的非共振信号实验研究

相干反斯托克斯拉曼散射是一种非线性四波混频效应,但是通过探测共振信号不易进行物质成分的定量光谱分析。本文利用单频相干反斯托克斯拉曼散射光谱分析法,对不同体积比混合的乙醇溶液在远离双光子共振跃迁及其远离溶质与溶剂的特征拉曼共振态位置进行了光谱探测。通过对实验结果进行分析发现,在共振位置2 876 cm-1的信号强度随混合溶液中的乙醇的体积比增加而增加,呈二次方关系。而在远离共振态位置的非共振信号强度随混合溶液中乙醇的体积比增加而增加,且呈线性关系,进而说明了非共振信号强度随着分子数浓度N呈线性变化关系。因此,通过探测非共振信号强度与分子数浓度关系可以为混合物中特定成分的定量光谱分析提供一种研究途径。     

Simultaneous measurements of global vibrational spectra and dephasing times of molecular vibrational modes by broadband time-resolved coherent anti-Stokes Raman scattering spectrography

In broadband coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) spectroscopy with supercontinuum (SC), the simultaneously detectable spectral coverage is limited by the spectral continuity and the simultaneity of various spectral components of SC in an enough bandwidth. By numerical simulations, the optimal experimental conditions for improving the SC are obtained. The broadband time-resolved CARS spectrography based on the SC with required temporal and spectral distributions is realised. The global molecular vibrational spectrum with well suppressed nonresonant background noise can be obtained in a single measurement. At the same time, the measurements of dephasing times of various molecular vibrational modes can be conveniently achieved from intensities of a sequence of time-resolved CARS signals. It will be more helpful to provide a complete picture of molecular vibrations, and to exhibit a potential to understand not only both the solvent dynamics and the solute-solvent interactions, but also the mechanisms of chemical reactions in the fields of biology, chemistry and material science.