艾里光束调控与三维显微成像应用

艾里光束具有无衍射、自修复和自加速的传播特性,在光操控、非线性光学、光学成像等领域受到关注.本文介绍利用空间光调制器所构建的4f系统产生和调控艾里光束的方法.通过调控艾里光束的自弯曲传播点扩散函数,设计并实现了艾里光束三维重建显微镜,研究了该显微镜的成像性能,在40×/0.75 NA物镜下实现了横向分辨率约为0.5μm...     

无衍射光束在生物显微成像中的应用

无衍射光束近年来广受关注，其无衍射、自修复和自加速的传播特性在微观成像应用中显示出潜在的优势。无衍射特性可抑制光束在传播过程中的衍射，有助于提升成像的分辨率。自修复特性可使光束在透过强散射介质后快速恢复波前，提高成像景深和信噪比。自加速特性可增加光场信息的有效探测维度，实现多维重构成像。本综述结合几类生物显微成像技术特点，介绍以贝塞尔光束、艾里光束为代表的无衍射光束在高分辨生物显微成像中的应用研究进展。     

利用SOFI方法提高光片荧光显微镜横向分辨率

为了提高超分辨率光涨落成像(SOFI)的速度,结合改进的超分辨率光涨落成像算法和光片荧光显微镜,加入两个小波滤波器分别在时间和空间上消除低频背景噪声和原始图像读出噪声,结果成功将SOFI所需的图像数量降低。对50张量子点和斑马鱼的成像图片进行处理,研究表明引入改进的SOFI算法可以在不改变光路结构情况下将光片荧光显微镜的横向分辨率提高两倍,该方法可以扩展到活体的生物研究,突破物镜数值孔径对光片显微镜的限制。     

光学融合双波段手持热像仪设计

采用光学融合的方法设计了一款用于手持的可见光与红外双波段热像仪.红外热像仪中使用320×240非制冷焦平面探测器,像元间距为25 μm,该系统工作波段为8～12 μm,红外光学系统焦距为95mm,视场为4.8°×3.6°.可见光系统物镜焦距为142mm,视场为6°.OLED显示的热图像与可见光物镜像通过光学融合后,由公共的目镜观察.整个热像仪尺寸约为182 mm×160mm×55mm,具有良好的实用性.     

超轻小宽视场高分辨无人机机载相机光学系统设计

针对无人机光学载荷宽视场、高分辨、轻小型、实时成像等需求，基于级联光学结构设计了一种折叠式级联相机光学系统。该光学系统主要由前置折叠同心物镜和中继转像透镜阵列组成。前置折叠同心物镜获取宽视场中间像，位于前置折叠同心物镜的同心球面上。中继转像透镜阵列对同心球面上的宽视场中间像进行视场细分、剩余像差精细校正和中继成像。优化设计得到了全视场角为109.6°、瞬时视场为7.8″，筒长仅为107 mm的折叠式级联结构相机光学系统。在全视场范围内，像面上各处光线追迹点列图的均方根半径均小于1.1μm，在空间频率230 lp/mm处，各视场调制传递函数值大于0.4，系统成像质量接近衍射极限。这种折叠式级联结构无人机机载相机光学系统视场大、分辨率高、结构紧凑，可用于无人机遥感领域，在大视场范围内获得高分辨率光学像的同时，还可实现光学系统的小型化和轻量化，具有广阔的应用前景。     

PSD233型位置敏感元件的特性及其在AFM中的应用

给出了自制的 3mm× 3mm位置敏感元件 (PSD)的光谱响应特性 ,覆盖从紫外光、可见光到红外光 (32 0～115 0nm)的广阔区域 .采用光束偏转法对其时间响应特性和位置敏感特性进行测定 .阐述了PSD在卧式原子力显微镜 (AFM)系统中的应用 ,介绍了卧式AFM的工作原理和控制系统 ,提供了部分样品的AFM扫描图像 .结果表明 ,该AFM系统具有较高的成像效率以及良好的工作稳定性、图像重复性和对比度 ,系统的最大扫描范围为 5 μm× 5 μm ,分辨率达到 1nm量级 ,表明PSD在光谱响应、时间响应和位置敏感特性等方面具有优良性能     

联合变换相关器远红外变焦距光学系统设计

根据光学系统的技术指标要求,设计了一种长波红外变焦光学系统.该系统选取红外材料锗和AMTIR1,适用于长波8～12μm的系统成像,具有15倍大变倍比,CCD像素尺寸为45 μm×45μm.通过对红外变焦光学系统的优化设计,当截止频率为11 lp/mm时,各视场的MTF曲线值>0.6,各视场点列图均方根半径与艾里斑半径接...     

利用STED方法研究ITX聚合物的复杂超分辨纳米加工

正因为光具有波动性,由于衍射效应的限制,基于传统的双光子荧光成像分辨率只能达到200 nm。1994年Hell第一次提出受激辐射耗尽(STED)显微术,其核心思想是利用受激辐射耗散掉艾里斑边沿区域的激发态荧光分子。从而压缩成像区域的大小,能够获得超越衍射极限的荧光成像。建立了基于STED的纳米结构加工的实验系统、该系统中用800 nm飞秒振荡级输出的80 MHz飞秒脉冲作为聚合光,532 nm连续激光为阻聚合光。532 nm激光经过扩柬,再经过螺旋相位板形成空心光束,用NA=1.4的浸油物镜聚焦激光,得到532 nm空心光束的直径约500 nm,800 nm激光的焦斑直径约200 nm,与国际报道的结果基本相同。未来有望通过STED纳米加工的方法,以及软件方面的更新,使得此技术能完成加工纳米晶体管的目标。     

激光器阵列测量小视场成像烟幕干扰效能

为了解决在精确测量面源烟幕对小视场成像的干扰效能时,单束激光视场小、使用扫描方式时无法解决与烟幕扩散同步的问题,设计提出采用多个低功率的相同激光器,经过光束均匀化扩束整形排列形成激光器阵列,实现对烟幕透过率的空间探测,利用成像传感器测量烟幕的空间透过率的相对变化率。利用这种方法使用33均匀扩束激光光束阵列可以在113.4 m距离上实现面积为2.8 m2.8 m的面源烟幕测量,成像CCD视场为1010,灰度值小于230时的相对变化率误差不大于0.5%。     

高分辨率视频摄远物镜光学系统设计及成像实验

为了满足斜拉桥拉索表面缺陷的远程检测要求,基于摄远型物镜结构原理设计加工了高分辨率视频摄远物镜光学及机械系统。根据物方300 m外分辨4 mm线宽的分辨率要求,按照焦距f′=320 mm计算,确定摄远物镜像方分辨率为234 cycle/mm。选择适当初始结构,用光学设计软件OSLO进行焦距缩放、替换玻璃、减少镜片等多步骤优化,最后得到相对孔径为1/5.7、视场角为2ω=1.379°、分辨率达到250 cycle/mm的摄远物镜光学结构。合理设计光机结构,加工装调实验样机。分辨率测试实验证明其实际物方分辨率可以达到300 m远分辨4 mm线宽。在斜拉桥工程现场成像实验表明该系统符合实际工程结构表面缺陷远程检测的要求。