Raman感生克尔效应光谱非线性共焦显微镜理论的研究

研究了Raman感生克尔效应光谱非线性共焦显微镜的成像理论, 用Fourier成像理论结合Raman感生克尔效应理论, 导出了各向同性介质中Raman感生克尔效应光谱非线性共焦显微镜的三维点扩散函数, 并详细分析了 Raman 感生克尔效应的非线性特性对共焦显微镜的空间分辨率及其成像特性的影响. 结果表明, 基于 Raman 感生克尔效应的非线性共焦显微镜不但可以同时获得分子的振动、振动取向以及光感生分子重新取向等信息, 比双光子荧光共焦显微镜的信息量更丰富; 而且可以较大改善共焦显微镜的空间分辨率和成像质量, 比双光子荧光共焦显微镜具有更高的空间分辨率.     

No.10 研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统

正北京大学膜生物学国家重点实验室程和平及陈良怡研究组与信息科学技术学院张云峰和王爱民等合作,运用微集成、微光学、超快光纤激光和半导体光电子学等技术,在高时空分辨在体成像系统研制方面取得突破性技术革新,成功研制出2.2克微型化佩戴式双光子荧光显微镜,在国际上首次记录了悬尾、跳台、社交等自然行为条件下,小鼠大脑神经元和神经突触活动的高速高分辨图像。此项突破性技术将开拓新的研究范式,在动物自然行为条件下,实现     

双光子共焦荧光显微系统成像分析及实验研究

双光子共焦荧光显微系统可以突破传统光学显微镜的成像分辨率极限,提高厚荧光物三维扫描的横向及轴向分辨力.基于共焦荧光显微原理和菲涅耳衍射公式,分析了反射式双光子共焦荧光显微系统的三维光学传递函数.讨论了在实验条件下,共焦模块参数对双光子共焦荧光读取分辨率的影响.双光子共焦荧光系统采用的共焦小孔半径为3.92 μm时,其层析能力比采用78.4 μm共焦小孔的系统提高了1.56倍.通过已知尺寸荧光物的双光子共焦荧光成像实验,验证了共焦小孔直径与系统横向及轴向分辨率的反比关系.     

超薄样室(ETC)中受限原子的高分辨率光谱技术

基于ETC的高分辨率激光光谱测量技术,探索获得更高分辨率光谱的方法。由于受限原子瞬态行为和慢原子/效应增强,以及双光子光谱的消多普勒增宽配置,使得双光子情形下基于ETC的AS、SR、FWM光谱具有极高的分辨率。基于ETC高分辨率光谱可用于同位素含量、食物中的有害成分、原子/分子的化学反应过程、生物领域大分子的活动等的监测,以及各类薄膜的制作过程的监测和控制等。     

光学显微三维成像特性的实验研究

讨论了激光共焦扫描显微镜的三维超分辨率成像特性,通过实验论证了在理论分析上所具有的三维超分辨率成像特性.理论分析和实验结果表明这种新的显微系统可以成高分辨率的二维层析图像并重构成三维图像.     

非线性二次谐波和三次谐波共焦显微镜的成像理论

研究了非线性二次谐波和三次谐波共焦显微镜的成像理论, 系统分析了二次谐波和三次谐波的非线性效应对共焦显微镜成像特性的影响, 证明了二次谐波和三次谐波共焦成像过程的三维脉冲响应函数, 既不同于相干光共焦成像过程, 也不同于非相干光共焦成像过程, 而是两次相干光成像过程, 并导出了二次谐波和三次谐波共焦显微镜的三维脉冲响应函数. 研究结果表明: 二次谐波和三次谐波共焦显微镜比单光子和双光子荧光共焦显微镜具有更高的空间分辨率.     

双光子共聚焦显微镜FV1000 MPE的组成与维护探讨

FV1000 MPE是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的扫描成像系统。广泛应用于生物学、生物医学等科学研究中。双光子共聚焦显微镜的组成及维护等对初学者来说比较复杂,从配置和维护中重要的问题展开讨论,为双光子共聚焦显微镜的使用者和管理者提供参考。     

活体小鼠脑组织Ca2+敏感荧光染料双光子成像的观察

 使用双光子激光共聚焦显微镜对活体小鼠脑组织（体感皮层）进行形态学和细胞内Ca²⁺变化水平的观察和记录。方法是对小鼠开颅后向脑内注射Ca²⁺敏感荧光染料Oregon Green 488 BAPTA-1乙酰氧基甲酯,然后在双光子显微镜下观察并记录。双光子显微镜下的图像清晰生动,可扫描到大脑皮层以下较深区域,并能检测神经元细胞内Ca²⁺离子即时水平变化。实验结果表明通过注射Ca²⁺敏感荧光染料并结合多光子激光共聚焦显微镜观察活体动物脑部变化的方法可以得到高分辨率图像并且作为分析的来源。     

近场光学与近场光学显微镜

近场光学是研究距离物体表面一个波长以内的光学现象的新型交叉学科。基于非辐射场的探测与成像原理,近场光学显微镜突破常规光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。本文将讨论近场光学的基本原理,非辐射场的探测与高分辨率的关系;光学限阈及隐失场在近场光学中的重要性;以及近场信息的获取方法。对近场光学显微镜的主要类型及相应的仪器发展,分辨率,衬度原理做一综述。同时简要介绍近场光学显微镜在超高分辨率光学成像,近场局域光谱,高密度数据存储,在生命科学,单分子光谱,量子器件发光机制等领域中的应用。     

新一代微型化双光子荧光显微镜研制成功

膜生物学国家重点实验室(中国科学院动物研究所、清华大学、北京大学)程和平院士团队研制成功了新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜,获取了小鼠自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像.     

显微鬼成像系统的分辨率研究

传统光学显微镜的分辨率受到波长和物镜数值孔径的限制,难以再有很大的提高.近年来,逐渐发展成熟的鬼成像技术为进一步提高显微成像系统的分辨率带来了新的方法,它通过对探测光路和参考光路信号的关联运算来重建目标物体.本文分析了双臂式显微鬼成像系统各面上的二维光场分布,给出了系统的二阶关联函数并推导出了具体的分辨率公式.通过理论分析和仿真实验,发现系统相比普通光学显微镜能够显著地提高成像的分辨率,并且分辨率随参考臂透镜数值孔径的增大而增大.系统可用于提高光学显微镜或数值孔径受限的光学系统的分辨率.     

利用不规则曲线测量数据实现雷达目标三维成像

由于平台任务要求或环境影响,雷达数据采样路径可能是不规则曲线。利用通常舍弃的不规则曲线测量数据实现雷达目标三维成像,而且在稀疏测量情形下的成像分辨率甚至超过密集采样时传统成像算法的分辨率。不规则曲线测量数据的空间采样具有稀疏性和非均匀性,不能用传统成像算法得到高分辨率图像。基于压缩感知的雷达目标成像,突破了传统分辨率的瑞利准则限制,且可应用于非均匀采样数据。目标高频散射的稀疏性为压缩感知在雷达成像中的应用奠定了基础。更重要地研究证明,不规则曲线测量矩阵具有良好的互不相干性,因此基于压缩感知的三维成像能够满足重构精度和稳定性要求。考虑到三维成像中测量矩阵的高维性,用分段正交匹配追踪算法实现目标信号的稀疏重构。实验结果表明,算法不仅能够精确实现超分辨三维成像,而且成像算法具有很好的鲁棒性。     

近程毫米波被动扫描成像特性研究

针对近程毫米波辐射计扫描成像分辨率低、图像模糊的问题,采用天线近程辐射特性融合极大似然估计方法对图像进行高分辨率恢复.首先分析了系统天线的近程辐射特性,它是影响成像质量的最主要因素.分析表明近程条件下天线辐射特性大大改变,增益减小,尺度变大,在此基础上估计了扫描体制下图像的点扩散函数,最后用极大似然估计方法对金属环的被动毫米波图像进行了高分辨率恢复.结果表明经过恢复的图像提高了分辨率和目标识别率.     

一种双站合成孔径雷达的高分辨率成像与合成方法

针对合成孔径雷达难以提高系统固有分辨率,分析了双站合成孔径雷达之间的频谱关系,提出了一种距离向分辨率自动合成方法.基于该方法,双站合成孔径雷达高分辨率成像处理流程可以分为2步:首先,采用改进的双站非线性Chirp-Scaling算法得到高质量的子图像对;然后,利用子图像对之间存在的频谱偏移关系,利用分辨率自动合成算法将子图像对合成为分辨率更高的图像,从而完成双站合成孔径雷达的高分辨率成像处理.仿真结果表明,该处理技术及成像方法可以得到较好的高分辨率成像效果.     

多光子近场共焦光学扫描显微镜表面非传播光场的特性研究

对多光子近场共焦光学扫描显微镜非传播光场的特性进行了系统的理论分析。导出了多光子近场共焦光学扫描显微镜表面非传播光场的频率宽与相差的测不准关系表达式及二维的点扩散函数光学传递函数和能量分布表达式。研究结果表明：多光子近场共焦光学扫描显微镜比单光子共焦显微镜具有更高的横向分辨率和纵向分辨率。而多光子近场共焦光学扫描显微镜比双光子共焦显微镜具有更高的空间分辨率。样品置于其表面的非传播光场内,能得最佳的超分辨效果。     

一套用于秀丽隐杆线虫多感觉信息整合机制研究的行为学系统（英文）

动物通过感知不同的感觉信息来介导自己的行为.神经系统如何进行多感觉信息整合仍然是神经科学领域一个悬而未决的问题.本文对秀丽隐杆线虫如何整合温度和盐刺激这两种对其生存至关重要的刺激进行研究.我们设计了一套行为学系统,可以在正交方向同时产生稳定的线性温度和盐浓度梯度.通过将本文中的行为学系统与一套追踪系统和钙成像系统结合,我们对秀丽隐杆线虫趋向行为的行为策略以及参与这一行为的两个主要感觉神经元AFD和ASER的功能进行分析.我们的工作开启了一个全新的视野,在精巧的神经系统结构中进行多感觉信息整合的研究.     

基于二维指数脉冲压缩变换的SAR成像算法

传统的合成孔径雷达(SAR)系统一般采用经典的匹配滤波器实现距离维和方位维的二维脉冲压缩变换,其基于匹配滤波器的系统带宽导致系统分辨率是有限且固定的.当对输出信噪比和目标时延分辨率有不同要求时,具有可变指数的指数滤波器可根据具体需求在充分保证输出信噪比的情况下产生高于匹配滤波器的目标分辨率.本文基于指数滤波器将距离维和方位维上的二维指数脉冲压缩变换应用于SAR成像算法,即先后将信号通过距离维和方位维指数滤波器,以实现SAR高分辨率成像.仿真结果表明,该算法在距离维和方位维两个维度都具有比传统SAR算法处理结果更窄的主瓣宽度和更低的旁瓣高度,有效提高了距离维和方位维的分辨率.     

结合三反消像散光学系统的中阶梯光栅光谱仪设计

中阶梯光栅因其具有高分辨率、高衍射级次和全谱闪耀等特性,能够实现宽波长范围内的高分辨率全谱直读,常用于天文光谱仪及高端商用光谱仪中.然而,中阶梯光栅的衍射因为级次重叠严重,需要交叉色散形成二维光谱成像于面阵探测器.使用单一成像镜的二维靶面成像很难保证像面像质均匀,进而造成全谱范围内分辨率差异大,特别是边缘波长处分辨率明...     

碳纳米管探针对小鼠IgG蛋白的纳米表征

碳纳米管探针是原子力显微镜新一代探针,在柔软生物样品的微观形貌表征领域有重要的应用价值.研究和分析了碳纳米管原子力显微镜探针和普通硅探针对小鼠IgG蛋白形貌的表征能力.通过原子力显微镜实验对比研究发现,普通硅探针容易对IgG蛋白产生显著的压痕,而碳纳米管探针具有良好的柔韧性,能显著减小成像时对柔软的生物样品的损伤.硅探针与样品间存在较大的毛细力,会降低探针的分辨率;由于碳纳米管疏水,纳米管探针能显著减小毛细力的影响,能高分辨率地检测IgG蛋白,充分发挥纳米管探针的高分辨率优势.     

基于编码超表面的三维孔径编码成像研究

针对雷达系统在微波频段对静止目标成像分辨率低的问题,基于超材料和孔径编码成像体制设计了一套三维成像系统,同时提出了一种三维成像的优化算法. 系统将立体目标所在场景划分为4个成像平面上的成像网格,利用编码超表面在不同编码时辐射特性的不相关性构造测量矩阵,实现了在Ka波段对静止目标的高分辨成像. 仿真结果表明,此成像系统能够对2 m距离内的静止目标实现准确重构,方位向分辨率为20 cm,距离向分辨率为10 cm.