超分辨成像中荧光分子定位算法性能比较

超分辨成像已成为活细胞结构和功能成像的关键工具,荧光分子定位是超分辨成像过程中不可缺少的步骤。从超分辨成像角度研究各种荧光分子定位算法性能具有重要的意义。选择5种典型的荧光分子定位算法:质心法、广义质心法、高斯拟合、解线性方程组和极大似然法,以定位精度和定位时间来评价所选择算法的性能。结果表明,1)高斯拟合、极大似然法和广义质心法能高精度对荧光分子定位,不受荧光分子所在子区域提取的影响;2)质心法和解线性方程组法能应用于图像在线分析,但定位精度较低,受子区域提取影响较大;3)当两个荧光分子位于一个衍射斑时,采用这5种算法的定位精度都会急剧下降。     

自适应光学在超分辨荧光显微镜中的应用

超分辨荧光显微镜突破了传统荧光显微镜的分辨率限制,使得人们能够在纳米量级分辨率下观察细胞和组织样品,极大地推动了生命科学的发展。在这一技术中,仪器和样品引入的像差均会导致空间分辨率降低,进而导致成像质量恶化。为此,人们引入了自适应光学技术,通过直接或间接的手段探测像差,再通过波前校正元件来校正像差,从而获得高质量的超分辨图像。本文介绍了自适应光学的起源与工作原理,总结了其在超分辨荧光显微镜中的应用,并展望了其未来的发展前景。     

利用具有奇异非线性光学特性的纳米粒子突破光学衍射极限

20世纪末、21世纪初,生命科学发展势头迅猛.三维光学显微成像技术由于能够对活体细胞内的一系列生命活动过程实施三维动态成像而倍受关注.然而,传统的基于线性荧光激发方案的共焦成像技术由于受到光学衍射极限的限制,其横向与纵向分辨率都是在数百纳米左右的量级,仍未能满足生命科学家的普遍需求.利用各种非线性光学荧光激发方案,打破光学衍射极限已经被实现,然而目前这些非线性光学成像方法在光源选择、成像光路等方面均较为复杂与昂贵.通过构筑一种具有奇异非线性光学特性的纳米粒子,在一台普通的光学显微镜上仅仅对荧光分子进行线性光激发即可实现三维远场光学超分辨成像--生命科学家长期来的梦想正有望被实现.     

新型显微术突破衍射极限

1 前言光学显微镜可能是孩子们所熟悉的一种科学仪器，也可能是唯一能在玩具店买到的光学仪器。在学校里我们中的大多数都是满怀期望地来使用显微镜，希望通过它能够看到一片树叶或一只死苍蝇中无法想象到的细节。但常常是因无法看到更多信息而大失所望。那么构成一切物体的所有那些原子和分子在哪儿呢？如果我们向老师抱怨，我们通常会被告知，无法在光学显微镜中看到非常非常小的东西。直到最近，老师说的还是正确的，但并不总是如此。100多年来科学家坚信显微镜的分辨率在照明样品光波长的一半处降至最低点。原因在于光的波动特性而不是…     

基于微球调制光场的超分辨成像及荧光增强

微球可实现光场的调制,能够将入射光束聚焦于微球背面一个极窄区域,使得出射光束半峰全宽小于光学衍射极限,且聚焦强度远远高于入射光场强度。此外,微球具有高数值孔径特性,能够提高探测信号的收集效率。基于所述优势,微球为实现光学超分辨成像以及荧光增强提供了新思路和实现途径。相比传统技术,基于光学微球的超分辨成像及荧光增强技术更简便、更直接且易于实现,其成像及增强效果均可媲美传统超分辨技术与荧光增强技术,在生物成像及医学检测方面,具有重要的研究价值和应用前景。近年来,关于微球调制光场实现荧光增强的研究取得了较大发展,但与之相关的综述论文仍较少。系统总结阐述微球增强荧光发光以及微球调制光场技术,对于该领域的未来研究发展极为重要。首先介绍基于微球的光学超分辨成像,包括明场超分辨成像和荧光超分辨成像;然后阐述基于微球的荧光增强研究,包括现象研究、机制探索以及影响因素讨论等;最后,总结微球超分辨成像及荧光增强进展和技术应用,分析并展望该技术领域的未来发展挑战和趋势。     

单分子三维取向超分辨成像技术进展（特邀）

超分辨显微成像技术自诞生以来,凭借其优异的纳米级空间分辨率,已成为生命科学研究中精准揭示复杂生命现象的重要成像技术。其中,基于单分子定位的超分辨成像策略,使得定位、观察、研究单个探针分子独特的理、化、光学性能成为可能。偏振作为荧光信号的一个重要特性,近年来伴随着单分子三维取向成像技术的发展,逐步在单分子成像和超分辨领域中展示出诸多新颖且重要的应用特性。本文总结了单分子三维取向超分辨成像技术的最新进展,介绍并分析了两类主要的单分子三维取向荧光显微技术——基于荧光吸收与辐射偏振调制的单分子三维取向成像方法以及利用点扩散函数工程将单个荧光分子的三维取向信息编码到荧光图像上的成像策略。此外,还探讨了应用于活细胞或单颗粒的其他类型的超分辨取向成像技术。最后,针对单分子三维取向超分辨成像技术发展与应用前景面临的挑战,进行了总结与展望。     

利用受激发射损耗(STED)显微术突破远场衍射极限

远场光学显微镜受衍射极限分辩率的限制，而近场光学显微镜由于缺乏层析能力，则无法实现超分辨的三维成像，研究了既可突破远场光学显微术的衍射极限分辨率又可实现三维成像的成像技术——受激发射损耗（STED），综述了STED的分辨率与STED光的光强，延迟时间、光斑空间分布等主要参数的关系，以及该技术的最新进展和应用前景。     

单分子定位超分辨成像技术进展及应用

21世纪初诞生的超分辨光学成像技术凭借纳米级空间分辨率、低损制样等优点,迅速发展成为生命科学研究中不可或缺的技术手段.其中单分子定位超分辨成像(SMLM)技术更是由于其成像原理易懂、空间分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,不断取得重要的技术和应用进展.首先回顾了 SMLM的工作原理,讨论了其光路搭建、图像重建、...     

AgOx型超分辨近场结构的非线性光学特性研究

采用共焦Z扫描系统，以λ=532nm．脉冲宽度0．7ns．重复频率15．79kHz的脉冲半导体激光器作为入射光源，研究了AgOx超分辨近场结构(SuperRENS)薄膜样品的非线性光学性质．实验获得了其三阶非线性折射率系数随入射光功率的变化曲线．并与Au，Ag薄膜作了比较．讨论了光致非线性变化过程。结果表明，在聚焦激光作用下．AgOx超分辨近场结构薄膜样品存在一相变点．即解析出纳米Ag颗粒，满足了产生局域表面等离子体的激发和增强效应的条件。     

光学超分辨技术在高密度光存储中的应用

综述了超分辨技术的类别原理及光学超分辨的发展状况,并给出了超分辨光学头的结构和存储机理,重点论述了光学超分辨技术在光学头中的应用.     

温度对屏蔽光伏明孤子稳定性的影响

研究了温度对加外电压的光伏光折变晶体中屏蔽光伏明孤子稳定性的影响。在某一晶体温度下形成的稳定屏蔽光伏明孤子,当温度在一个较小范围内变化时,孤子能够克服较小的微扰而保持其稳定性。当温度发生足够大的变化而超出这一稳定温度范围时,孤子将变得不稳定。通过改变晶体的温度能使一个不稳定的孤子变得稳定。     

被动调Q腔内单共振光参变振荡器和Cr4+:YAG激光器

分析了以Cr4+:YAG作为饱和吸收体和激光增益介质的被动Q开关Cr4+:YAG激光器腔内抽运的Cr4+:YAG激光器和单共振光学参变振荡器(SRO)的特性.建立了描述这类激光器和单共振光学参变振荡器的动力学特性的速率方程.结果表明,适当条件下作为激光增益介质的Cr4+:YAG同时具有对二阶非线性作用过程产生的处于Cr4+:YAG激光增益谱范围内的SRO信号波的放大作用.分析中考虑了Cr4+:YAG较高激发态和激光上能级之间的弛豫时间约为100ns的中间能级对Cr4+:YAG饱和吸收体和激光器以及ICSRO的影响.     

一种新型的全光纤超短光脉冲压缩方案

文章提出了一种基于正常色散递减光纤（ND—DDF）、单模光纤（SMF）和非线性环镜（NOLM）组成的全光纤超短脉冲压缩方案。利用光脉冲在正常色散区的色散递减光纤（ND-DDF）中传输时,在脉冲的中心部分将带上较大线性正啁啾（和普通光纤相比）,当脉冲在SMF中传输时色散致啁啾对其进行补偿从而有一个脉冲压缩的过程,最后利用NOLM对压缩后的脉冲进行进一步的压缩和消基座处理。数值模拟的结果表明：半峰全宽为10ps、能量为74pJ的高斯脉冲经过1km的DDF、79m的SMF和20m的NOLM后,可以获得峰值功率为210W,半峰全宽为120fs且几乎无基座的超短脉冲。     

串联光折变晶体回路中独立孤子对的温度特性

为了得到温度对串联光折变晶体回路中独立空间孤子对特性的影响结果,基于串联光折变晶体回路中独立空间孤子对的基本理论,推出了低振幅条件下串联光折变晶体回路中亮暗独立空间孤子对光波演化方程的解析解。理论分析了温度对其特性的影响,数值分析了这种孤子对的动态演化特性,讨论了这种系统应用于温控光器件的可能性。结果表明,调节暗孤子的温度能够影响明孤子的特性。     

对非线性二波导耦合器光开关的分析

本文报道对Ｄｅｅｒｉｎｇ等人最近提出的非线性二波导耦合器光开关的一种新的分析方法,并给出计算结果,这种方法可提供有关相们变化的有用信息,并且可用来处理其它种类的二波导耦合器。     

吸收介质中三阶极化率的测量

全光学信息处理、光计算机的发展依赖于具有大的三阶非线性光学材料,因此介质的三阶非线性极化率的测量就显得特别重要。吴存恺等提出了用简并四波混频方法测量透明介质的三阶极化率,G.R.Olbright用于涉法测量了CdS_xSe(1-x)玻璃的非线性折射率。本文将讨论用简并四波混频测量吸收介质的三阶极化率的方法。     

扫描近场光学显微镜在生物学领域的应用

介绍了近期扫描近场光学显微镜（SNOM）在单分子探测、细胞精细结构和微生物学等研究领域中的应用进展,介绍了“量子荧光探针”、“生物纳米光学”的概念,指出了SNOM在细胞内部或膜表面进行单分子探测与单分子量化研究中的难题,并提出将其与超薄切片相结合以解决这些难题的思路。SNOM在各个领域的应用研究还远远不足,需要做更多的工作,其成像原理及图像数据的解析还需作深入研究。     

LiNbO3:Fe晶体中飞秒二波耦合光栅衍射自增强现象

在超快二波耦合配置下的LiNbO3：Fe晶体中写人了体相位栅，通过一定的脉冲写人方法进行飞秒脉冲写人光栅的衍射自增强实验，在双光写人饱和后进行单写人光照射，产生了持续1h的衍射自增强，同时又发现在光栅写人未饱和的时候改为单光写人也产生了衍射自增强现象，持续2h。随后从光调制角度分析了该自增强现象的理论原因：脉冲衍射光和写人光共同作用，提高了二者耦合程度，写人了新光栅，从而加强原光栅，导致衍射效率提高，从而证明飞秒脉冲写人光栅的读出擦除可抑制，这对提高光全息记录的读出质量有正面意义。     

P(o)schl-Teller势阱中二次谐波产生系数的计算

二阶非线性光学效应是非线性光学中人们发现最早，研究最多，应用最广的一个课题．在非对称性势阱中，二次谐波产生系数与势阱的形状及其非对称性程度有很大的关系。本文用量子力学中密度矩阵算符理论导出了Poschl-Teller势阱中二次谐波产生系数和解析表达式．考虑到在Poschl-Teller势阱中有两个可调参数κ和λ，并且势阱的形状与对称性随κ和λ取值的不同而明显不同，因此我们可以通过调节κ和λ的取值而获得Poschl-Teller势阱中的二次谐波产生系数的变化规律，并找到其最大值，从而为实验提供必要的研究方向与理论依据．     

Brillouin distributed time-domain sensing in optical fibers: state of the art and perspectives

Optical fiber sensors based on stimulated Brillouin scattering have now clearly demonstrated their excellent capability for long-range distributed strain and temperature measurements. The fiber is used as sensing element, and a value for temperature and/or strain can be obtained from any point along the fiber. After explaining the principle and presenting the standard implementation, the latest developments in this class of sensors will be introduced, such as the possibility to measure with a spatial resolution of 10 cm and below while preserving the full accuracy on the determination of temperature and strain.