《數字全息顯微實時超分辨技術的研究》是依託昆明理工大學，由袁操今擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：數字全息顯微實時超分辨技術的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：袁操今
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
課題研究套用光學超解析度技術提高數字全息顯微系統解析度的方法，同時，解決數字全息顯微術存在的解析度和工作距離、焦深以及視場之間的矛盾；根據測量要求以及CCD的回響速度，利用平面復用技術，設計可記錄微小物體在三維空間的運動或者變換過程且具有超高解析度的顯微記錄系統，並研多凶拳究實時再現算法，為探索活體微生物及細胞的行為學提供一種先進的觀測手段。研究內容包括：1）設計和使用可變參數的衍射光學元件以簡化記錄系統，通過控制元件的參數，保證各子光束獲得最佳的分光比；2）用數學建模的方法，根據物體的空間頻寬積，研究最最佳化的子全息圖復用方式；3）研究三維重構的實時算法，以及研究圖像合成的快速算法；4）套用實時超分辨數字全息術，完成對活體生物細胞或微生物在培養液中各個時間點的活動狀態的實時記錄，並數字重現各個時間點被測物體的三維形貌。
結題摘要
數字全息顯微術的極限解析度被定義為0.61Lambda/NA，其中，Lambda為光源的波長，NA為顯微成像系統的數值孔徑，從該定義可知，選用大數設狼蒸值孔徑的顯微物鏡可提高記錄系統的解析度。但是，使用大數值孔徑的顯微物鏡就意味著記錄系統的工作距離和焦深將會縮短，物方視場也會縮小。對顯微物體的動態過程研究，不僅要求檢測系統具有很高的解析度，而且需要它具有較大的視場、景深、工作距離以及快速的採集速度，而普通的顯微數字全息系統就很難滿足這樣的測量需求。傳統的合成孔徑通過在一個平面上多次移動CCD或者物體，將射去刪記錄的信息合成，可以突破上述的解析度極限，但它不可能記錄動態過程。本項目從理論上分析了平面復用技術（包括：時分、波分和角分復用）實現合成孔徑全息術的可行性，並從實驗上對該理論進行了證明。利用超短脈衝作為光源，利用時分和角分復用技術不僅可以保證物體的高頻和低頻信息不會發生相互干擾，而且這些信息也能在再現過程中分離出來，通過合成物體的高、低頻信息，記錄系統的解析度可以超出0.61 Lambda /NA。項目還提出了利用偏振復用技術避免記錄過程中的相互干涉，利用角分復用技術分離再燥汽現像的記錄系統的方法。以上兩種方法都可以將空間解析度提高一倍。此外，項目還設計了利用飛秒雷射器為光源，波分、偏振和角分復用技術相結合，可以實現顯微實時超分辨的數字全息記錄系統，該系統的連續記錄幀頻和空間解析度可提高一倍，時間分辨仍為飛秒量級。為簡化記錄系統，項目提出夜潤盼利用相位模板提高再現像解析度的方法，根據物體信息在記錄光路中插入相位模板，可腿戰榆舟以將部分不能進入系統孔徑的信息改變傳播方向，而被CCD記錄，從而提高記錄系統解析度。為了能對相位板進行檢測，項目還研究了利用CGH檢測透明件誤差的絕對檢測方法，針對零位補償CGH相位函式的多解性的難題，提出了試嘗埋舉逆向光線追跡法求解初始結構、正向光線追跡法最佳化實現全局尋優解的零位 CGH設計方法，可以快速得到高精度設計結果。項目還研究了衍射再現算法，利用這些算法可以獲得任意放大倍數的再現像。利用上述的研究成果，項目將數字全息顯微術用於對高分子化合物的動態記錄，不僅具有高空間解析度，而且可以實時記錄。在項目的支持下，研究組共在國內外核心期刊發表論文10篇，3篇國際會議論文，1篇國內會議論文，申請專利3項，合著1部，其中被SCI檢索的論文有9篇，EI檢索論文有8篇。
