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多维度光场调控与超极限光学成像
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    O43
  • 关键词:
  • 成果简介:
    成像技术是人类探索自然科学极为重要的工具。电子显微、相衬显微、荧光超分辨等多项诺贝尔奖成果不断地扩展着人们的“视域”。然而成像技术始终受限于基本的物理极限,在低代价情况下无法克服衍射极限和信道复杂两个不利因素。传统标量衍射理论、变换光学和光场汇聚显然也无法带来新的技术革命。项目从成像的基本物理过程出发,以多维度光场调控为技术手段,重新审视了上述两个不利因素。利用光场在空域、时域和频域调控的新方法,复杂体系中光场能被高效的定向传输、极限汇聚和反演,噪声中的微弱信号能被有效的提取、筛选和实时演化。随着光场时空合成新原理的提出,光场传播全矢量描述的完善以及多参量光场调控技术的成熟,取得的成果包括以下三项科学发现: 利用调控光场实现极小空间光场与超分辨光学成像: 从光场调控新原理和新技术出发,生成具有奇异性质的复杂光场,研制出精准光场参数调控和表征装置,探索调控光场的传输和紧聚焦特性。系统性地开展了远场紧聚焦光学以及超分辨光学成像研究,取得了迄今最优异的远场聚焦与线性无荧光标记远场光学成像。在可见光范围内能实现70nm的空间分辨率。研制了专用光场调控模块(兼容于商用共聚焦显微镜),使得系统的操作如同普通共聚焦显微。 建立了基于光场相位控制的先进光学成像技术: 通过对光场的振幅、波矢、相位空间分布等因子开展调控,合成了新型三维空间光场结构,并将之应用于光刻与成像。通过对散射光场的探测与相位优化首次实现了散射体后实时、动态、彩色三维透视成像,这种成像方法突破了常规光学散射限制,提升了人类视觉本领与能力,有望为散射显微和透视成像带来新的技术手段和应用。 多维度光场调控的新手段: 利用新型的自适应设计光学方案,设计出新的微纳结构,对光场的空间分布、传播方向和传输速度进行调控。同时通过设计并制备新型微纳光学结构,实现了对光场的传输方向、空间分布、传输速度和持续时间的操控。为在时间和空间多维度上的极限光学成像提供了新手段。 超分辨光学成像显微技术获得2014中国光学重要成果奖;在SPIE Optics and Photonics 2016等多个国际学术会议上被邀为大会主题报告。项目成果发表在“Phy.Rev.Lett”、“Nat.Comm”、“Advanced materials”等杂志,其中Physical review letters 5篇,ESI高引论文1篇。科学网及中国光学网等科学网站对该成果予以报道,引起了社会关注与讨论,成果更以科普论文的形式发表在“物理”杂志上,受到产业界的重视。项目成果也得到国际主流科学媒体的关注,美国科学促进会新闻网站(AAAS EurekAlert!)以及欧洲科学新闻(AlphaGalileo)等媒体对项目成果进行了报道。
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