近场光学显微术对凋亡HeLa细胞成像的探索

用扫描近场光学显微镜对凋亡的HeLa细胞进行了近场光学成像,得到优于光学衍射极限的光学分辨率.由于近场光学显微镜同时测量细胞表面形貌信息和透射光强信息,可以将细胞表面及其内部的物质结构特性和光学特性与空间位置相结合,获得凋亡细胞的结构信息与光学细节信息的对应关系.运用近场光谱方法在不同波长进行透射光谱成像时,不同波长的光在细胞内的传播与吸收所造成的光强分布存在显著差别,这种特性可以用于对细胞内不同组分的超高空间分辨率成像.结合近场光学成像和光谱成像结果,表明凋亡HeLa细胞内部为非均匀结构,并且其物质分布也极不均匀.研究表明,运用近场光学显微镜和近场光谱成像技术,不但提供优于衍射极限的高分辨本领,还可以提供生物细胞精细结构的更深层次的光学信息.     

扫描近场光学显微镜有源光纤探针研究

扫描近场光学显微镜有源光纤探针研究明海张国平陈晓刚杨宝谢建平吴云霞（中国科技大学物理系合肥２３００２６）扫描近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）是通过光探头探测样品表面倏逝波的超高频信息，可以获得纳米量级的空间分辨率。通常的ＳＮＯＭ光纤探针只作为传输和探测光场...     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

激光共焦扫描显微镜高分辨率特性分析

分析了激光共焦扫描显微镜的成像原理 ,用衍射理论揭示了其较高横向分辨率和较好轴向分辨率的成因 ,介绍了共焦扫描显微镜的发展及其在生物、医学诊断及半导体器件检测方面的应用     

激光共焦扫描显微镜高分辨率特性分析

分析了激光共焦扫描显微镜的成像原理，用衍射理论揭示了其较高横向分辨率和较好轴向分辨率的成因，介绍了共焦扫描显微镜的发展及其在生物，医学诊断及半导体器件检测方面的应用。     

基于电磁场积分方程数值求解法的光学近场散斑及其一阶统计特性

从简谐光波满足的Helmholtz方程出发, 将由Green定理得到的介质分界面上光场的积分方程转化为以表面上的光场及其导数为未知量的线性方程组, 并对其进行数值求解, 实现了介质分界面上光场的严格数值计算. 对光波经随机自仿射分形表面散射后在近场光学区域内产生的光强进行计算, 研究了近场散斑的传播特性以及对比度和光强概率密度函数的演化特性. 近场区域内的散斑与传统衍射区和成像系统中散斑场的特性具有很大的不同: 散斑光强分布中具有局域起伏, 并且这种起伏在经过一个波长的起伏后消失；对于较小的横向相关长度的表面, 散斑对比度在近场区域附近达到饱和值, 而散斑场也接近Gauss散斑. 当表面的横向相关长度较大时这种转化则比较缓慢.     

光子扫描隧道显微技术

根据对内全反射(TIR)棱镜表面成指数衰减规律倏逝场的检测和分析,本文叙述了一种新型的光子扫描隧道显微技术(PSTM),被分析的样品置于棱镜表面,它空间调制了上述倏逝场。通过对被调制倏逝场的检测获得了远小于光波波长的空间分辩能力.PSTM实验系统中使用了633nm 的 He-Ne 激光,用直径约300nm 的光纤探针对不同薄膜样品进行检测,其结果与光隧道理论相符。     

Imaging of apoptotic HeLa cells by using scanning near-field optical microscopy

By using scanning near-field optical microscopy (SNOM), HeLa cells in apoptosis process are imaged with a higher optical resolution beyond the diffraction limit. Since SNOM provides both topographic and transmitted light intensity information of a cell, it can correlate the structural characteristics and optical properties with the spatial position of the apoptotic cells. Wavelength imaging by using near-field spectroscopy shows that there is a great difference in light propagation and absorption in the cell. This unique technique can be applied to the super high resolution imaging of different components in the cell. The observations by near-field optical imaging and near-field spectroscopy indicate an inhomogeneous aggregation of the inner structure in the apoptotic HeLa cells and the change of transmission intensity of light with the apoptosis status.     

近红外光子在生物组织中迁移的仿真及应用

通过对光与生物组织相互作用物理本质的分析,介绍了一种求解光子在生物组织中迁移规律的蒙特卡罗计算方法。方法假定入射光为离散的光子,并受到生物组织的吸收和散射。认为光子在两次散射之间的长步和散射方向虽然是随机的,但可引入随机变量予以确定。对大量光子进行计算就可以获得光在生物组织中传播的宏观数据。将此方法用于脂肪组织,所得结果与实验符合甚好。说明此方法可用于检测人体皮下脂肪层的厚度,并对合理设计红外无损检测的传感器可提供依据     

环形分区物镜的双光子光存储记录模式的数值模拟

为了提高传统的单光束双光子逐点记录模式的层间分辨力，提出一种基于单个环状分区透镜的双光束双光子记录方案；采用计算机数值仿真的实验手段对方案中双光子记录的轴向分布强度进行计算分析．仿真结果表明：通过适当调节两记录光束的功率比例及环形分区透镜的内外环分割比例，可以取得最佳的轴向记录分布。     

光阑对暗中空涡旋光束轨道角动量的影响

基于推广的复高斯函数展开法,分析了具有轨道角动量的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,理论推导了空心LG光束在柱坐标系下光子轨道角动量密度函数及其态矢.对1阶LG涡旋光束通过光阑后的光场分布情况进行了数值分析,在两种典型含光阑系统物理模型下分析了遮拦比对不同波长LG光束传输特性的影响,研究了LG光束通过光学系统后的相位分布及轨道角动量密度变化.结果表明,光阑系统遮拦比对LG涡旋光束通过光阑后的传输特性的影响因光束波长不同而异,遮拦比对光束轨道角动量密度影响较大,对光束束径及光轨道角动量影响不明显.研究结果可为在空间光通信中利用涡旋光束光子轨道角动量编码信息提供理论依据.     

二维溃坝问题的高分辨率数值模拟

对二维浅水方程空间方向的差分分裂,引入ＭＵＳＣＬ型的两参数限量函数,采用组合型的二阶ＴＶＤ格式,建立了浅水方程的高分辨率计算模型．以Ｆｒａｃｃｒｏｌｌｏ 等的部分溃坝实验模型为物理模型,模拟了该模型长历时的溃坝洪水演进过程,给出了典型位置的水位和速度计算并与其实验结果的比较．研究表明,在间断波附近,没有产生数值振荡,数值结果与实验数据相比除溃坝初期在口门附近的水位存在一定的差异外,其余位置和时刻吻合较好,特别是计算速度与实验测定值吻合更好．应用二维浅水方程和本文的高分辨率数值方法能有效地模拟溃坝波的演进过程．     

傅立叶变换光谱仪理论分辨率的一种新诠释

从光学变迹函数的角度对傅立叶变换光谱仪（Ｆｏｕｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ,简称ＦＴＳ）Ｒ 理论分辨极限进行了新的推导和诠释,揭示了光学变迹函数与ＦＴＳ的仪器函数之间的内在联系,对深入理解光学变迹函数以及ＦＴＳ的仪器函数这两个傅立叶变换光谱仪中的重要概念具有积极的意义。     

Three-dimensional chromatin distribution in neuroblastoma nuclei shown by confocal scanning laser microscopy

The relationship between cell shape and function has long been of interest. However, although the behaviour of the cytoskeleton during the cell cycle has been studied extensively variations in the shape and three-dimensional substructure of the nucleus are less well documented. The spatial distribution of chromatin has previously been studied by a mathematical analysis of the optical densities of stained nuclei, allowing an indirect derivation of the three-dimensional distribution of chromatin. More direct information on chromatin organization can be obtained from electron-microscopic serial sections, although this is very laborious. Using an iterative deconvolution algorithm, Agard and Sedat achieved a degree of optical sectioning in conventional fluorescence microscopy and reconstructed the three-dimensional arrangement of polytene chromosomes. We report here on the three-dimensional structure of cultured mammalian cells as visualized by confocal scanning laser microscopy (CSLM). The exceptionally short depth of field of this imaging technique provides direct optical sectioning which, together with its higher resolution, makes CSLM extremely useful for studying the three-dimensional morphology of biological structures.