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超表面在太赫兹超分辨率成像中的应用研究进展
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作者 李广明 葛宏义 +4 位作者 蒋玉英 张元 孙庆成 郑慧芳 李兴 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2101-2109,共9页
太赫兹(Terahertz,THz)辐射具有高穿透性、低能量特性以及独特的指纹谱特性,在无损检测、生物医学成像、安全检查和通信等领域具有广泛应用前景。传统THz成像系统受限于较长的波长及波段内缺乏高透射率天然材料的限制,其在分辨率和灵敏... 太赫兹(Terahertz,THz)辐射具有高穿透性、低能量特性以及独特的指纹谱特性,在无损检测、生物医学成像、安全检查和通信等领域具有广泛应用前景。传统THz成像系统受限于较长的波长及波段内缺乏高透射率天然材料的限制,其在分辨率和灵敏度方面存在显著不足,难以满足高精度与痕量检测的技术需求。超表面由亚波长尺度的结构单元构成,可通过对电磁波相位、振幅及偏振的调控,实现对THz波传播的精确控制,突破传统光学系统的衍射极限,为THz超分辨率成像提供了解决思路。本文综述了超表面在THz超分辨率成像中的最新研究进展,重点阐述了多种超表面结构类型的设计原理及应用表现。共振结构通过在特定频率下的局域场增强实现高对比度成像;梯度相位结构通过相位渐变实现THz波的精确引导;多层超表面则依托叠层设计实现对相位与振幅的复杂调控;亚波长光栅凭借精细的波前控制能力在超分辨率成像中表现出优越性能;而超材料反射阵列则在无需透镜的条件下实现高分辨率的波前调制。探讨了实现高效THz超表面的关键设计要素,包括结构设计策略、材料选取及相位与振幅的精确调控方法,并分析了优化设计与新型材料在提升THz成像性能及拓展其应用范围方面的潜力。此外,针对当前THz成像中超表面技术面临的制造工艺复杂性、系统兼容性不足及材料响应限制等挑战,提出了未来的研究方向,主要包括:一是开发新型低损耗材料,以提升THz波的传输效率和相位控制能力;二是结合人工智能,优化超表面的设计和性能;三是推动系统集成与微型化,开发便携式THz成像设备,拓展其在高精度成像、医疗诊断和安全检查等领域的应用。随着新材料、智能设计和微型化技术的不断进步,THz超表面技术有望在未来实现更广泛的应用,推动高精度成像和便携式设备的普及,为科学探索和工业创新开辟新的可能性。 展开更多
关键词 太赫兹成像 材料 表面 超分辨率成像 波前调控
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基于深度学习的兰姆波SCF-TFM超分辨率成像 被引量:1
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作者 孙刘家 韩庆邦 +1 位作者 靳琪琳 葛考 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期101-110,共10页
腐蚀和裂纹是结构板常见的缺陷形式,兰姆波在非贯穿型损伤处发生模式转换是制约兰姆波成像质量的主要因素。此外,声波衍射遵循瑞利准则,超声成像存在分辨率极限。本文设计了一个全卷积神经网络对接收信号进行分割与重构,实现目标模态的... 腐蚀和裂纹是结构板常见的缺陷形式,兰姆波在非贯穿型损伤处发生模式转换是制约兰姆波成像质量的主要因素。此外,声波衍射遵循瑞利准则,超声成像存在分辨率极限。本文设计了一个全卷积神经网络对接收信号进行分割与重构,实现目标模态的自动拾取,抹除杂波和模式转换的干扰。提出符号相干因子全聚焦成像法(SCF-TFM),在全矩阵聚焦成像过程中施加符号相干因子,抑制非目标区域散射波对成像结果的干扰,同时考虑散射信号的幅值及相位信息,可以一定程度上突破瑞利准则的限制,实现超分辨率成像。实验结果表明:对于单个盲孔缺陷,该方法成像结果的横向分辨率比全聚焦提高62.41%,信噪比提升58.23%;而对于多个非对称盲孔缺陷,当缺陷间距大于瑞利准则分辨率极限时,该方法的信噪比提高了92.89%;缺陷间距小于瑞利准则分辨率极限时,该方法可以实现超分辨率成像。 展开更多
关键词 兰姆波 非对称盲孔缺陷 全卷积神经网络 SCF-TFM 超分辨率成像
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可实现图像自修复的压缩感知超分辨率成像 被引量:1
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作者 胡春海 张湃 张海峰 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期1621-1630,共10页
为了在不增加系统复杂度的前提下实现对降质图像的传输、修复及超分辨率成像,基于压缩感知理论和图像的退化模型建立了一个新型的压缩感知系统.该系统利用图像退化模型中降采样操作和模糊算子改进测量矩阵,并提出了基于小波-Shearlet的... 为了在不增加系统复杂度的前提下实现对降质图像的传输、修复及超分辨率成像,基于压缩感知理论和图像的退化模型建立了一个新型的压缩感知系统.该系统利用图像退化模型中降采样操作和模糊算子改进测量矩阵,并提出了基于小波-Shearlet的图像变换作为稀疏表示方法,在重构端结合迭代硬阈值算法重建图像.实验结果表明,文中系统在重构图像的质量和运算效率上均具备一定优势. 展开更多
关键词 压缩感知 退化模型 图像修复 超分辨率成像
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基于随机采样的超高分辨率成像中快速压缩感知分析 被引量:5
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作者 王中阳 周燕飞 +6 位作者 张小伟 沈灏 李恩荣 韩申生 宓现强 田立君 彭玉峰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期7-13,共7页
随着近年来超分辨成像技术的发展,基于单分子拟合的超分辨成像方法能够实现纳米尺度的空间分辨率,但这种方法的耗时较长,时间分辨率较差。成像重构时间较长主要受制于成像过程中每帧图像较低的荧光分子密度,所以需要足够多的采样帧数来... 随着近年来超分辨成像技术的发展,基于单分子拟合的超分辨成像方法能够实现纳米尺度的空间分辨率,但这种方法的耗时较长,时间分辨率较差。成像重构时间较长主要受制于成像过程中每帧图像较低的荧光分子密度,所以需要足够多的采样帧数来重构一张图像。文中提出一种利用随机采样的快速压缩感知算法,结合分块压缩感知重构算法,最终能够在高分子密度的条件下获得较快的重构速度及较高的定位精度。 展开更多
关键词 压缩感知 超分辨率成像 随机采样
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光纤耦合的亚像元超分辨率扫描成像图像处理 被引量:2
5
作者 安博文 崔安杰 +1 位作者 薛冰玢 潘胜达 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期1107-1112,共6页
遥感成像时,采用六角形排列叠层结构的光纤束耦合图像,微扫描工作方式使目标图像依次通过各层光纤。六角形排列的光纤束邻近层光纤之间的错位属亚像元量级,采用亚像元图像处理能获取超分辨率图像。亚像元处理时,首先分离邻近层光纤耦合... 遥感成像时,采用六角形排列叠层结构的光纤束耦合图像,微扫描工作方式使目标图像依次通过各层光纤。六角形排列的光纤束邻近层光纤之间的错位属亚像元量级,采用亚像元图像处理能获取超分辨率图像。亚像元处理时,首先分离邻近层光纤耦合的图像,以其中一幅图像为基准对另一图像进行配准处理得到中间图像,然后对中间图像和基准图像进行傅里叶变换。考虑仪器及人眼分辨极限,设定图像信号为带限信号,将光纤束邻近层半个像元的错位转化为两幅图像频谱的相位差,从而确定图像融合的插值函数。实验结果表明,针对光纤束六角形排列的亚像元处理获取了超高空间分辨率的图像。 展开更多
关键词 传像光纤束 亚像元 超分辨率成像
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超分辨率超声微血流成像研究进展 被引量:8
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作者 应育娟 郑元义 蔡晓军 《中国医学影像技术》 CSCD 北大核心 2021年第3期462-465,共4页
超声超分辨率微血流成像(USRMI)基于定位追踪微泡而实现超声超分辨率微循环系统成像,近年来已用于生理和病理微循环成像研究,有助于提高对微血管系统的认识及疾病诊疗水平。本文对USRMI相关研究进展进行综述。
关键词 微循环 声检查 超分辨率成像
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光场表征及其分辨率提升技术:文献综述及最新进展(特邀) 被引量:1
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作者 张润南 周宁 +3 位作者 周子豪 杜和恒 陈钱 左超 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期116-158,共43页
自高斯时代以来,成像系统的设计和开发便始终致力于透镜的持续迭代和优化,以收集来自物平面上某点向不同方向发射的光线,并尽可能完美地将其汇聚到像平面上的一个点。然而,成像传感器仅能捕捉并记录下光线的空间位置信息,导致角度信息... 自高斯时代以来,成像系统的设计和开发便始终致力于透镜的持续迭代和优化,以收集来自物平面上某点向不同方向发射的光线,并尽可能完美地将其汇聚到像平面上的一个点。然而,成像传感器仅能捕捉并记录下光线的空间位置信息,导致角度信息的丢失,并完全丧失了对三维场景的视角变换与深度感知能力。为了弥补这一缺陷,计算光场成像技术应运而生,它能够记录空间光辐射场的完整分布,联合记录空间位置和角度信息,突破了经典成像的局限性,正逐渐被应用于生命科学、国防安全、虚拟现实/增强现实、环境监测等领域,具有重要的学术研究价值和广阔的应用潜力。然而,光场成像技术仍然受到数字成像器件和图像传感器的联合制约,成像系统的有限空间带宽积致使光场成像在实际应用中往往需要在空间分辨率和角度分辨率之间做出权衡,导致难以达到传统成像技术的高空间分辨率。自光场成像技术诞生以来,如何赋予其更高的自由度,即在保持高分辨率成像的前提下,提高时间分辨率和角度分辨率,从而实现更清晰、更立体的成像性能是光场成像技术亟需解决的关键问题,也一直是该领域的研究热点。该综述全面回顾了光场成像技术的发展历程,阐述了全光函数和四维光场的基本概念,并总结了在时间、空间和角度这三个维度上实现高分辨率成像的关键方法,最后还对光场成像技术的未来发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 光场成像 计算成像 超分辨率成像 显微成像
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基于超分辨成像增强对拟南芥内质网动态变化的研究
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作者 张以恒 刘家正 +6 位作者 王雪晨 孙政哲 薛雅郡 汪沛 韩华 郑宏伟 李晓娟 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期67-76,共10页
【目的】为了解决在植物细胞内质网的研究中,成像速度与成像分辨率难以同时满足准确识别精细结构和动态变化的瓶颈问题。【方法】使用结构光照明显微成像技术,对拟南芥活体材料中的内质网进行超分辨实时成像,并优化了自监督去噪框架(Bli... 【目的】为了解决在植物细胞内质网的研究中,成像速度与成像分辨率难以同时满足准确识别精细结构和动态变化的瓶颈问题。【方法】使用结构光照明显微成像技术,对拟南芥活体材料中的内质网进行超分辨实时成像,并优化了自监督去噪框架(Blind2Unblind),以进一步提升快速显微成像的信噪比。【结果】建立了对时间序列成像中内质网结构进行定量分析的方法,并通过对环境胁迫下内质网结构动态变化的追踪进一步验证了方法的有效性。此外,各类参数的相关性分析显示管状内质网的面积和长度与生长端和三叉点的数量显著正相关,而内质网池和整体流的面积与管的面积和长度显著负相关。【结论】优化的自监督去噪框架提升了植物活细胞中结构光照明显微图像的信噪比,实现了管状内质网、内质网池、整体流、生长端和节点等复杂结构和动态的量化,各结构间存在复杂相关性。 展开更多
关键词 拟南芥 内质网 动态 超分辨率成像 成像增强 量化分析
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双线阵无透镜超分辨率扫描成像方法研究 被引量:1
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作者 田典 余宁梅 +1 位作者 周广霖 李娜 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2503-2516,共14页
针对无透镜成像系统分辨率低和单线阵扫描成像中由于细胞流速不准确造成的图像重构畸变问题,本文提出了一种基于双线阵图像传感器的超分辨率扫描成像方法.通过引入第二个线阵,利用双线阵的时间空间关系,实现了细胞流动速度的实时测量,... 针对无透镜成像系统分辨率低和单线阵扫描成像中由于细胞流速不准确造成的图像重构畸变问题,本文提出了一种基于双线阵图像传感器的超分辨率扫描成像方法.通过引入第二个线阵,利用双线阵的时间空间关系,实现了细胞流动速度的实时测量,为扫描图像的重构提供了精准参数.综合考虑了光源、衍射光路、细胞样品瞬态流速、图像传感器像素尺寸、倾斜角度和帧频等系统特性,建立了线阵扫描成像系统的成像模型,深入分析了影响双线阵成像质量的因素,建立了基于坐标变换、扫描图像插值计算的双线阵扫描成像系统的图像重构模型.综合两种模型,以条形图案为仿真对象,分析了该方法的成像特性,并从理论上验证了双线阵扫描成像系统的可行性和有效性.仿真结果表明,双线阵扫描成像系统的空间分辨率相比面阵系统至少提升了2.8倍,并且结构相似性和峰值信噪比均有5%~15%的提升.在此基础上,搭建了双线阵扫描成像系统,并以微球、红细胞和白细胞作为测试对象,对系统进行了实际测试.结果表明,双线阵扫描成像系统解决了单线阵扫描成像图像重构畸变的问题,同时相比面阵成像系统,20μm微球的直径均值误差为2.04%,红细胞和白细胞的特征更多、更明显. 展开更多
关键词 双线阵图像传感器 分辨率扫描成像 扫描成像模型 图像重构模型 坐标变换 扫描图像插值
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3D-STORM超分辨成像中单分子轴向定位精度优化研究 被引量:2
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作者 张世超 李思黾 +2 位作者 杨光 李辉 熊大曦 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期167-172,共6页
为定量描述柱透镜参数对三维成像过程中荧光分子轴向定位精度的影响,本文研究了柱透镜参数与点扩散函数椭圆率的相互关系.基于Olympus IX-83倒置荧光显微镜搭建成像系统,利用3个不同焦距柱透镜进行实验,通过柱透镜标定曲线的线性变化范... 为定量描述柱透镜参数对三维成像过程中荧光分子轴向定位精度的影响,本文研究了柱透镜参数与点扩散函数椭圆率的相互关系.基于Olympus IX-83倒置荧光显微镜搭建成像系统,利用3个不同焦距柱透镜进行实验,通过柱透镜标定曲线的线性变化范围及该范围内曲线的斜率分析柱透镜参数选择上的优劣,优化并提高轴向定位的精度和深度.选择合适的柱透镜参数可实现标定曲线在焦平面上下1μm范围线性变化,轴向定位精度为16nm,并采用优化的标定曲线对肌动蛋白微丝进行三维超分辨成像. 展开更多
关键词 三维 超分辨率成像 荧光显微镜 柱透镜 标定曲线
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基于受激发射损耗显微术的活细胞和活体超分辨成像 被引量:3
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作者 周汉秋 朱殷铷 +4 位作者 韩鸿怡 王璐玮 杨志刚 严伟 屈军乐 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第3期513-528,共16页
细胞作为生命体基本的结构和功能单元,在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展,科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识,但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少... 细胞作为生命体基本的结构和功能单元,在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展,科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识,但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少,而这恰恰又是疾病治疗和药物开发亟需了解的信息,因此对离体活细胞(简称活细胞)和活体生物组织细胞(简称活体细胞)中亚细胞器的研究变得非常重要。然而细胞中许多细胞器的结构在纳米量级,传统的光学成像技术由于受到光学衍射极限的限制是无法观察到纳米量级的生物结构,因此光学超分辨成像技术是目前研究亚细胞器结构和功能的有效工具。在所有光学超分辨显微技术中,受激发射损耗显微术(stimulated emission depletionmicroscopy,STED)由于具有实时成像、三维超分辨和断层成像的能力,非常适合用于纳米尺度的活细胞和活体细胞成像研究,而且STED超分辨成像技术经过近几十年的发展,已经广泛用于活细胞甚至活体小鼠细胞的超分辨动态观测。本文总结了近年来活细胞和活体小鼠神经元细胞等领域STED超分辨成像的研究进展,介绍了用于活细胞和活体细胞STED超分辨成像的荧光染料和荧光蛋白的发展现状,讨论当前活细胞和活体细胞的超分辨成像面临的问题,以及对未来发展的展望。 展开更多
关键词 活细胞 活体 受激辐射损耗显微术 超分辨率成像
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偏振成像技术的发展现状与展望(特邀) 被引量:36
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作者 罗海波 张俊超 +1 位作者 盖兴琴 刘燕 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期101-110,共10页
偏振成像是一种新的光电探测体制,它可以获得比传统成像多一维的场景信息,在工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域具有重要的应用价值。论文对偏振成像的典型应用、发展历程和发展现状进行了分析和总结,总结了... 偏振成像是一种新的光电探测体制,它可以获得比传统成像多一维的场景信息,在工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域具有重要的应用价值。论文对偏振成像的典型应用、发展历程和发展现状进行了分析和总结,总结了偏振成像的实现方法,当前学术界在场景的偏振特性、偏振的传输特性、偏振成像探测器、分焦平面偏振图像非均匀性校正、分焦平面偏振图像超分辨率重建以及偏振图像融合等领域的最新研究成果。在此基础上,对偏振成像的未来发展方向进行了展望,包括高消光比焦平面偏振探测器、分焦平面多光谱偏振探测器、高精度非均匀性校正方法、偏振图超分辨率重建方法以及强度图和偏振度/偏振角图融合方法等。 展开更多
关键词 偏振成像 光电探测 光电抗干扰 非均匀性校正 超分辨率成像
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Image Super-Resolution Reconstruction Model Based on SRGAN
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作者 LU Xin-ya CHEN Jia-yi +1 位作者 SI Zhan-jun ZHANG Ying-xue 《印刷与数字媒体技术研究》 北大核心 2025年第5期21-28,共8页
Image super-resolution reconstruction technology is currently widely used in medical imaging,video surveillance,and industrial quality inspection.It not only enhances image quality but also improves details and visual... Image super-resolution reconstruction technology is currently widely used in medical imaging,video surveillance,and industrial quality inspection.It not only enhances image quality but also improves details and visual perception,significantly increasing the utility of low-resolution images.In this study,an improved image superresolution reconstruction model based on Generative Adversarial Networks(SRGAN)was proposed.This model introduced a channel and spatial attention mechanism(CSAB)in the generator,allowing it to effectively leverage the information from the input image to enhance feature representations and capture important details.The discriminator was designed with an improved PatchGAN architecture,which more accurately captured local details and texture information of the image.With these enhanced generator and discriminator architectures and an optimized loss function design,this method demonstrated superior performance in image quality assessment metrics.Experimental results showed that this model outperforms traditional methods,presenting more detailed and realistic image details in the visual effects. 展开更多
关键词 Image super-resolution reconstruction Generative Adversarial Networks CSAB PatchGAN architecture
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结构光照明显微镜重建算法研究进展 被引量:3
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作者 周博 王昆浩 陈良怡 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1211-1227,共17页
作为现代超分辨成像技术的早期组成部分,结构照明显微镜(SIM)已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合,但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展,包括超分辨率(SR)重... 作为现代超分辨成像技术的早期组成部分,结构照明显微镜(SIM)已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合,但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展,包括超分辨率(SR)重建算法、性能评估及SIM与其他成像技术的集成,以便为生物学家提供实用指导。 展开更多
关键词 结构光照明显微镜 超分辨率成像
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基于时钟移相相或的高精度脉冲对产生方法 被引量:1
15
作者 崔伟 商洁 +2 位作者 范松涛 王新伟 周燕 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期111-114,共4页
针对超分辨率三维选通成像中同步控制脉冲对精度低的问题,提出了时钟移相相或的高精度脉冲对产生方法。该方法首先对可编程器件的系统时钟进行等差相位的数字移相产生多路时钟信号,再根据脉冲对中延时值和脉宽值选择对应的两路时钟产生... 针对超分辨率三维选通成像中同步控制脉冲对精度低的问题,提出了时钟移相相或的高精度脉冲对产生方法。该方法首先对可编程器件的系统时钟进行等差相位的数字移相产生多路时钟信号,再根据脉冲对中延时值和脉宽值选择对应的两路时钟产生脉宽信号,最后将两路脉宽信号进行相或运算得到高精度的脉冲对信号。实验表明,该方法可以将延时和脉宽的控制精度提高到1ns,优于传统脉冲产生方法的5ns精度,使超分辨率三维选通成像系统在直径2.5m视场内的距离分辨率达到1cm,为对更小目标进行成像和识别提供技术基础。 展开更多
关键词 分辨率三维选通成像 脉冲对精度 时钟移相相或
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基于人工微纳结构的平板衍射透镜 被引量:2
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作者 何俊 黄坤 庄继成 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第7期1200-1221,1233,共23页
现代显微镜中的物镜受限于瑞利衍射极限,其分辨率不能满足生物成像、材料科学以及光刻等领域的需求。目前,突破瑞利衍射极限的方法可分为近场(如扫描近场光学显微镜、超透镜、微球透镜)和远场(如受激辐射损耗显微镜、光激活定位显微镜... 现代显微镜中的物镜受限于瑞利衍射极限,其分辨率不能满足生物成像、材料科学以及光刻等领域的需求。目前,突破瑞利衍射极限的方法可分为近场(如扫描近场光学显微镜、超透镜、微球透镜)和远场(如受激辐射损耗显微镜、光激活定位显微镜、随机光学重建显微镜)方法。然而,前者利用纳米探针散射物体表面一个波长范围内的倏逝波,极具挑战性;而后者对样品有选择性,只适用于荧光分子样品,且会对样品造成损伤。近年来,平板透镜利用波带片、光子筛以及梯度超构表面等人工微纳结构来控制光的衍射,具有小型化、高数值孔径、大焦深、亚衍射极限聚焦等功能,为远场无标记超分辨率成像提供了一个可行的解决方案。本文从衍射聚焦光学的统一理论出发,总结平面衍射透镜的最新进展,揭示基于光场调控实现纳米聚焦的物理机制,介绍平板衍射透镜的设计原理、光学性能、微纳结构特性和材料影响,详细讨论平板衍射透镜的光学像差(如离轴像差和色差)及其校正,平板衍射透镜在纳米成像、光刻以及光电子能谱仪中的应用,最后展望其未来的发展方向和机遇。 展开更多
关键词 平板衍射透镜 人工微纳结构 远场超分辨率成像 光学像差 亚衍射极限聚焦
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