摘要：为进一步提高双光子多焦点结构光照明显微技术(2P-MSIM)的空间分辨率,笔者提出并发展了一种双光子亚衍射多焦点结构光照明显微成像方法(2P-sMSIM).首先,通过改进的Gerchberg-Saxton(GS)相位恢复算法设计亚衍射聚焦点阵,生成相位图,利用高速相位型空间光调制器产生亚衍射聚焦点阵.通过计算机模拟的仿真实验,探究算法的可行性,并通过对荧光染料溶液的激发成像,证明了每个亚衍射聚焦点阵的平均尺寸为正常衍射受限点阵聚焦点尺寸的80%.其次,将该点阵引入2P-MSIM系统,对固定在BS-C-1细胞内的微管和商用线粒体切片分别进行了超分辨成像实验,证明了在亚衍射聚焦点阵激发下,2P-MSIM的分辨率和成像质量得到了进一步提高,这对于2P-MSIM的发展具有重要意义.

摘要：光片荧光显微术(light-sheet fluorescence microscopy,LSFM)采用薄片光束从侧面激发样品,在垂直于光片方向上进行成像,具有成像速度快、光学层析能力强以及光漂白和光毒性低等优点,适用于对较大活体生物样品进行高质量、长时间三维动态观测.然而,传统高斯光束LSFM存在分辨率低和成像视场小的问题.本文在双边照明LSFM的基础上,结合虚拟单像素成像解卷积技术,提出了一种大视场高分辨双边照明LSFM,实现了视场和分辨率的同时提升.设计和搭建了双边照明LSFM,开展了荧光珠和转基因斑马鱼样品的三维光切片显微成像实验,实验结果证明了系统的三维高分辨成像能力,对于大视场、高分辨LSFM的发展和应用具有重要意义.

摘要：双螺旋点扩散函数(DH-PSF)技术通过对成像系统光瞳面波前相位的调控,将系统的PSF改造为DH-PSF,可实现大深度、高精度的三维纳米尺度成像,被广泛应用于生命科学、材料科学、工业检测等领域。详细阐述了DH-PSF技术的基本原理、DH相位片的设计方法及其运用方法,并在此基础上介绍了该方法在深度估计技术、纳米尺度三维单颗粒示踪、超分辨荧光显微技术、新型激光扫描荧光显微技术等领域的应用研究进展,着重讨论了DH-PSF技术在这些应用实例中的优势,为相关领域的研究提供有益的参考。最后,对DH-PSF技术及其应用的发展方向进行展望。

摘要：以"空间频谱的观察与分析"和"空间滤波"两个实验为例,利用Matlab及其图形用户界面(GUI)模块设计模拟实验,实现光学信息处理教学实验的动态模拟,不仅可以方便地在课堂上进行演示,使演示实验与理论讲解能够灵活地穿插进行,而且能通过现场调节实验参数、动态显示实验结果、分析实验参数影响等环节加深学生对相关概念和原理的理解,对提高光学信息处理课程的教学效果起到很好的辅助作用.

摘要：X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像的客观需求,基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征,建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素,提出了实现大成像视场的有效途径,为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.

摘要：本文建立了一种三维压缩感知模型以实现对高密度荧光分子图像的快速三维定位。首先,根据荧光显微的三维点扩展函数成像理论,设计测量矩阵,并建立压缩感知模型。接着,对荧光显微成像过程进行了模拟,并采用凸优化方法(CVX)、正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法和同伦算法对建立的压缩感知模型中模拟生成的图像进行了定位分析,分别从恢复率、定位精度、重构时间几方面进行了对比。最后,采用同伦算法对模拟的生物样品和实验室采集的细胞进行了三维定位,并获得了三维超分辨图像。对比结果表明:在重构密度和定位精度接近的情况下,同伦算法比CVX方法的重构速度快2个数量级。同伦算法较OMP算法的定位精度要高一倍。采用同伦算法来实现三维的超分辨荧光显微成像在节约计算时间、实现实时成像方面具有一定的意义。

摘要：针对现有教材或参考书中鲜有对单缝的菲涅耳衍射图样及其到夫琅和费衍射图样之间的过渡情形进行详细分析和阐述的问题,本文提出在学习衍射理论和开展实验验证这两个环节之间,设计一个衍射仿真实验环节.据此,本文从衍射理论出发,推导用于实现仿真的表达式,然后以单缝衍射为例,利用Matlab编程并结合其图形用户界面(GUI)模块,设计衍射仿真实验,通过对仿真实验的结果进行分析,详细阐述了两种衍射现象及其过渡情形的特征,最后通过实际实验装置进行验证,证明仿真实验的可靠性和增加仿真实验环节的优势,旨在为更好地引导学生深入学习光的衍射提供一种有益的辅助手段.

摘要：理论分析了基于相位光栅分数塔尔博特效应的X射线相衬显微成像原理,采用菲涅耳衍射公式推导出相位光栅在两个不同距离处的成像结果公式。然后建立一个水合蛋白质细胞模型,对成像系统进行了参数设计,得出1～2keV的中能波段X射线是兼顾大景深和高成像衬度的最优选择。针对10μm厚的细胞模型,选取1.5keV的中能X射线做模拟计算,采用多步相移法从模拟条纹图中恢复出了细胞模型的相位信息。模拟结果表明在相同信噪比下采用中能X射线得到的相衬图像比吸收图像具有更好的衬度和细节分辨率,为今后相关的实验奠定了基础。