摘要：提出了一种超分辨波长调控变焦超透镜的设计方法,同时对相位、色散、振幅进行调控,在提升超透镜轴向变焦能力的基础上,采用分层粒子群优化(HPSO)算法不断压缩超透镜的点扩散函数,使超透镜的半峰全宽(FWHM)不断逼近甚至小于衍射极限0.5λ/NA(NA为数值孔径)。作为理论验证,设计了一种工作在68~80μm波长范围内的超分辨波长调控变焦超透镜。仿真结果表明,其轴向变焦能力约为常规衍射超透镜的1.52倍,在73~78μm波长范围内的横向分辨率小于衍射极限。

摘要：活体人眼共焦扫描成像系统的分辨率受到人眼像差、数值孔径和探测针孔尺度的限制,本文设计了一套超分辨活体人眼视网膜共焦扫描系统,采用自适应光学技术探测并校正人眼像差,结合光学超分辨技术提高系统分辨率,补偿有限尺度针孔对分辨率的影响,并获得活体人眼的实时、高分辨图像.

摘要：为了进一步提高超分辨卫星载荷光学系统的空间分辨能力,需对系统杂散光进行抑制,以得到准确的原始图像.通过光线追迹方式,分析了系统杂散光,确认了杂散光的来源.通过Tracepro定量化分析和结构有限元分析,在限制范围内,不断优化、改进遮光罩尺寸及挡光环位置,得到光学系统视场外点源透射比均在10-3以下,验证了该杂散光抑制方案的有效性,为卡塞格林光学系统的工程应用提供参考.

摘要：面向天基空间探测应用,设计了较大视场(FOV)的超分辨望远成像光学系统。对于含低旁瓣因子五环带纯相位光瞳调制器的系统,分别研究了各类像差及调制器误差对其超分辨参数的影响。指出在超分辨望远成像系统中,非对称性像差需严格抑制,而对称性像差影响较小,且可互相补偿。根据此结论,优化设计了全视场内像质均一、残留一定量球差的宽FOV大口径望远光学基底系统,加入调制器后,其在0.28°视场内具有圆整且十分相似的PSF,超分辨倍率不小于1.25,旁瓣因子小于0.1。基于超分辨望远系统特点,建立了合理的像差容限模型,有效地控制了加工成本与难度。

摘要：基于电介质波导耦合理论,本课题组提出了一种超分辨干涉光刻方法。该方法通过构建非对称波导实现了倏逝波的增强传输和干涉调控。同时,通过优化设计电介质光栅,利用波导耦合效应,形成了单一衍射级次的选频传输,获得了光场强度大、均匀性好、特征尺寸约为48.75 nm(约为0.12λ)的干涉图形。基于此方法设计的超分辨光刻器件膜层结构简单,降低了近场光刻器件的结构复杂度,提高了光利用效率。该方法为倏逝波调控提供了新思路,也拓展了超分辨光刻器件的设计原理。

摘要：基于近场探针的太赫兹扫描成像系统能够突破衍射极限探究物质隐藏的细节,但是传统基于微纳加工工艺的近场探针存在工艺复杂、传输损耗较大的缺点。提出了一种基于空心圆波导的渐变开口圆锥形近场探针设计方法,所设计的探针能够通过圆波导实现低损耗传输,同时利用渐变开口圆锥形针尖实现亚波长聚焦。为了验证方法的可行性,采用3D打印技术对所设计的探针进行加工,然后基于高精度三维扫描平台搭建了一套0.1 THz近场扫描成像系统。实验结果表明该探针能够实现亚波长超分辨聚焦,实验结果与仿真结果一致。

摘要：针对现有基于微球的超分辨成像系统中液体浸没方式的不稳定性和繁琐性,提出采用介质层来替代液体层,制成含有单层密排微球的薄膜.研究折射率较低的二氧化硅微球和折射率较高的钛酸钡微球浸没在三种不同液体中时的成像特性,设计并制备了一种由单层密排的钛酸钡微球和聚二甲基硅氧烷（PDMS）软膜构成的薄膜,并开展了相应的超分辨成像实验.结果表明：当液体折射率在1.33~1.548之间时,二氧化硅微球只有在半浸没时才能分辨出小于衍射极限的样品特征,而钛酸钡微球则需要全浸没才能实现超分辨成像.在600nm中心波长的照明下,利用该薄膜可以清晰地分辨出周期为278nm,占空比为1：1的硅结构光栅.

摘要：结构光照明荧光显微术(SIM)是一种可突破阿贝衍射极限的宽场显微成像技术,因其非侵入、成像速度快及光损伤小等优点在生物医学研究中具有广泛的应用前景。从结构光照明显微成像系统基本原理出发,分析了超分辨图像重构算法原理、重构图像中伪影来源及优化方法;结合研制的线性/非线性结构光照明显微镜,详细讨论了基于激光干涉的SIM成像系统光机结构。重点讨论了系统的同步时序设计和光路中的几个关键技术问题。设计对比实验验证了自主开发的SIM重构算法的可靠性,并基于研制的线性SIM系统开展细胞骨架的成像实验。最后,对SIM技术在生物上的发展和应用提出展望。

摘要：为了对显微光学系统实现景深延拓和超分辨,设计了一种基于泽尼克多项式的位相型光瞳滤波器,并分析了其对光学系统在焦点附近光强分布的改善。结果表明,与传统显微光学系统相比,加入泽尼克位相型光瞳滤波器后,系统景深延拓了4.15倍,分辨率提升了1.3倍。同时,与其他两种形式的光瞳滤波器进行了比较,进一步说明了泽尼克位相型光瞳滤波器的优势。设计的泽尼克位相型光瞳滤波器在疵病的显微检测中具有一定的实际意义和应用价值。

摘要：根据衍射光学理论,分析了基于瞳函数调制的望远超分辨成像系统中,用于视场选择和过滤旁瓣影响的视场光阑的衍射效应对于成像效果的影响机理,并给出了补偿原理和方案。微孔视场光阑和四环带阶跃型位相滤波器分别放置在系统一次像面和出瞳位置。理论分析和仿真表明:视场光阑口径越小,最终像面光斑主瓣越宽甚至失去超分辨效果,旁瓣光强峰值与主瓣光强峰值之比也越高。对此时出瞳处的光场振幅、位相场分别进行多项式拟合,求解进行修正的复振幅型光瞳滤波器设计参数,可以有效抑制视场光阑的衍射效应,获得良好的超分辨成像效果,且超分辨成像与光阑效应补偿合二为一,不会增加系统光路的复杂度。并进行了实际实验,验证了以上设计方法的有效性。以上研究结果可为应用在天文观测、空间探测等方面的超分辨成像系统设计提供依据。