摘要：受激辐射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微技术通过巧妙的光学设计,利用纯光学的方法突破了光学衍射极限,空间分辨率达到纳米量级,并保留了荧光显微的许多优点.然而,高的损耗光强度限制了STED显微技术的广泛应用,尤其在活细胞成像方面.本文找到了一种新型的具有良好线粒体靶向性的STED探针,具有较强的抗光漂白特性和较低的饱和擦除光强度3.5 mW(1.1 MW·cm–2),利用该探针最高可获得62 nm的空间分辨率,为活细胞线粒体STED超分辨成像提供了新的手段.

摘要：用Spearman相关度分析法研究了3环带纯相位光瞳滤波器的加工质量与超分辨性能之间的显著度关系,并比较了不同环带光瞳滤波器的偏心对超分辨性能的影响.结果表明,环带的偏心与光斑半径、Strehl比的相关度系数均大于0.8,倒圆可使一级旁瓣强度的变化率高达29.04%,因此环带偏心和倒圆是决定元件性能的有效表面质量参量;外层环带偏心对超分辨性能的影响大于内层环带,需要更加严格的公差控制.该方法为微光学元件设计加工中的准确度控制提供了理论依据及可行的技术途径.

摘要：目前对于超分辨成像技术的研究主要集中在超分辨重建算法方面,光学系统本身的装调误差对超分辨成像结果的影响尚未见报道。针对这一问题,开展了装调误差对超分辨成像影响的研究,建立了基于数字微镜器件(DMD)的超分辨成像光学系统的基本成像模型,设计了一个工作波段为8~12μm的DMD超分辨成像光学系统,提出了装调误差对超分辨成像质量影响的分析方法。在成像模型中分别引入适当的偏心、倾斜、镜片间隔误差、离焦等装调误差,对超分辨重建结果进行仿真分析,得出了该超分辨成像光学系统装调时的公差范围:该系统在加工装调时X方向总体偏心误差控制在±0.07 mm以内,Y方向总体偏心误差控制在±0.05 mm以内,X方向和Y方向的总体倾斜误差控制在±0.06°以内,总体镜片间隔误差控制在±0.02 mm以内,成像物镜的离焦量控制在±0.04 mm以内,投影物镜的离焦量控制在±0.05 mm以内,在此范围内超分辨成像光学系统可以保证超分辨成像的质量。

摘要：超分辨显微镜提供超越传统光学显微镜衍射极限的成像能力,彻底改变了细胞生物学领域研究。在这一背景下,具有光稳定性、易于修饰和荧光开关可调等独特性能的有机小分子染料获得了新的发展机遇。聚焦于不同细胞器超分辨成像荧光染料,总结了目前可用的超分辨荧光探针的设计和靶向策略。首先简要介绍了三种主要的超分辨成像技术,包括结构光照明显微镜技术、受激发射损耗显微技术和单分子定位成像技术,以及它们对荧光染料性能的不同要求,并介绍了近五年来用于线粒体、溶酶体、细胞膜、脂滴和细胞核的超分辨成像的荧光染料。最后讨论了该领域当前所面临的挑战。

摘要：为了对望远光学系统实现横向超分辨成像,设计了一种高斯特列尔比的二维多项式函数形式的位相型光瞳滤波器,分析了其对光学系统焦点附近光强分布的有益影响。理论分析表明,加入滤波器之后,与无滤波器时相比系统横向光学分辨率提升了1.33倍,同时斯特列尔比为无滤波器时的0.75倍。给出了该种滤波器与典型的三区型、四区型和一维多项式位相型光瞳滤波器的对比,从对比结果可知,二维多项式型滤波器的斯特列尔比为几种滤波器中的最优,且其横向分辨倍率仅次于四区型滤波器,但四区型滤波器的斯特列尔比过低,不适合应用于望远系统。研究了入射光视场角对应用该种滤波器的望远光学系统成像效果的影响,视场角不大于±4°时,具有较佳的超分辨效果。

摘要：基于宏观反射式傅里叶叠层成像理论,提出一种主动相干光学合成孔径超分辨成像空间目标探测系统。采用主动相干光源配合单个小孔径相机,采集目标低分辨图像序列,通过傅里叶叠层拼接算法重构接近等效合成孔径倍率的超分辨图像。给出了系统的总体方案和详细设计,并通过搭建的宏观反射式近红外主动相干光学合成孔径超分辨成像地面实验装置验证了系统的超分辨成像能力。该系统有望通过小孔径实现等效合成孔径全天时高分辨成像效果,大幅缩减载荷口径需求。弥补传统空间目标探测系统夜间成像能力的不足,提升空间目标夜间探测能力。

摘要：显微成像技术受限于光学成像系统的衍射极限,无法分辨亚波长尺度的结构。通过饱和散射抑制成像技术已经实现了单个纳米颗粒的超分辨成像,但是涉及到纳米颗粒集合,需要考虑纳米颗粒间的耦合作用。利用超越衍射极限的双光束方法,可以在有序金纳米棒阵列上实现远场超分辨光学成像。本文设计了纳米棒长径比为2的5×5金纳米棒阵列,通过矢量光场理论和热扩散理论计算了金纳米棒阵列在连续波激光下的热分布,并模拟了双光束激光即脉冲激发光和连续波抑制光下的散射成像。仿真结果显示,连续波激光能够有效抑制金纳米棒阵列对脉冲激光的散射,双光束方法实现了80 nm横向特征尺寸的超分辨成像。

摘要：受激辐射损耗超分辨成像可突破光学衍射极限的限制,获得纳米尺寸结构的超精细图像,荧光探针发挥了重要作用。本文主要介绍了受激辐射损耗超分辨显微成像的相关概念,包括基础光学概念、受激辐射损耗超分辨成像原理、成像系统,总结了受激辐射损耗超分辨成像荧光探针及其应用等研究进展,相信本工作能帮助化学、化工领域相关工作者了解受激辐射超分辨成像研究及其生物成像应用,尤其是可以用于该成像技术的荧光探针的相关知识,为设计、制备有效的受激辐射超分辨荧光探针提供设计思路。本文为荧光探针在生物医学光学领域的应用提出了新的需求与机遇,为化学、化工领域相关研究方向与光学成像领域的深度交叉与融合提供了新的发展契机。

摘要：在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接获取微小生物结构信息,阻碍了生物医学的进一步发展。近年来,随着纳米分辨显微成像技术的出现,新型荧光探针的开发、成像系统与设备的不断发展及成像算法不断完善地深入结合,促进了光学衍射极限以下尺寸微观目标的研究。基于单分子定位的超分辨荧光显微成像(SMLM)包括光激活定位成像(PALM)与随机光学重构超分辨成像(STORM),将有机荧光探针与超分辨光学显微成像技术紧密结合在一起,荧光探针的光物理性质直接决定着超分辨成像结果的好坏。因此,设计不同性能的荧光探针可以实现超精细结构的不同超分辨成像,为研究其生物学功能提供了有力的工具。本文着重围绕基于SMLM的原理、有机荧光探针的设计要求、用于SMLM的荧光探针种类及其生物应用等方面进行总结综述,指出了单分子定位成像上存在的不足,并对其发展方向进行了展望,希望为对超分辨成像研究感兴趣或初涉该领域的研究者提供成像理论与探针设计方面的帮助。

摘要：双螺旋点扩展函数具有随离焦连续旋转变化的特性,结合单分子定位方法可用于厚样品三维超分辨成像及分子定位追踪研究.但双螺旋点扩展函数不足之处是光能利用率低,对于光子数受限的荧光显微成像而言其应用受限.本文通过对双螺旋点扩展函数在空域、频域和拉盖尔-高斯模式面等三个不同域中进行约束优化.模拟结果表明,优化后的双螺旋点扩展函数的光能效率提高了30多倍.同时,基于最优设计方案制备了相位片,并实验验证了该设计的正确性.与文献报道相比较,本文结果在成像深度和光能利用率方面都有所改善.