矢量光場調控在顯微成像上的套用研究

《矢量光場調控在顯微成像上的套用研究》是依託汕頭大學，由謝向生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矢量光場調控在顯微成像上的套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：謝向生
• 依託單位：汕頭大學

項目摘要

相比標量衍射理論，矢量衍射理論能更準確的描述光場的緊聚焦和成像過程。本項目創新性的提出了利用矢量光場的多參量調控（相位、振幅、偏振等）對激發和探測點擴散函式的進行雙重最佳化的方法，以克服“暗場成像”瓶頸；在壓縮總點擴散函式的同時具有高對稱性的成像過程。這種提高顯微成像性能的方法，不依賴於非線性和螢光標記，與現有超分辨技術相比具有更廣泛的樣品範圍且更容易操作。項目擬完善複雜光場調控情況下的（共聚焦）顯微成像的矢量衍射描述，利用最佳化的光場調控方案搭建高性能的共聚焦成像系統，著重進行顯微成像系統的裝置和儀器化研究，以實現亞100nm分辨的液下環境遠場顯微成像（無需標記），對拓寬矢量光場的套用領域，推動納米光子學技術的發展和套用具有重要意義。

結題摘要

本項目圍繞矢量光場調控在顯微成像上的套用研究，主要發展多參量空間光場調控技術，並將其集成到共聚焦掃描光學顯微系統中；通過對激發點擴散函式和探測點擴散函式的雙重最佳化調製，尋找更適合顯微成像的總點擴散函式。在共焦成像中，進一步探測收集光場的偏振、相位等信息，針對不同樣品分析結構光場與結構材料的相互作用過程。理論上重新整理的矢量共聚焦的線性和非線性激發理論，使得原本複雜繁多的公式，可以用統一的形式去表達，通過統一形式套用不同空間光調製函式，可以直接得到其矢量光場共聚焦成像的總點擴散函式，而不需要根據不同調製場從入射光開始計算。實驗中，搭建了三個類型的矢量光場調控共聚焦成像系統，包括：矢量調控的耦合模組，能夠直接放置到共聚焦顯微鏡中；籠式的共聚焦顯微鏡和基於開放式共聚焦顯微鏡的矢量光場調控成像裝置。也搭建了藍光雷射器（405nm）實現了小於90nm的解析度的籠式共聚焦顯微鏡。本項目同時開展了多貝塞爾光束的生成方法及其沿軸傳播特性並將多貝塞爾光束在套用於共焦顯微成像方面中。利用貝塞爾光束的無衍射性來提高共聚焦顯微鏡的視場深度，同時貝塞爾光束本身還就具有更小的光斑尺寸，因此該成像系統具有超分辨特性且有超長景深以及掃描速度。在實際掃描成像套用中，調控光場對光路系統和樣品介質環境的要求很高，光學系統的像差和介質的非均勻性（散射）都會嚴重影響最後緊聚焦光斑的質量和共聚焦成像質量，從而迫使課題組開展克服散射影響的成像恢復研究。在克服散射影響的成像恢複方面也取得了若干有影響力的成果。