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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

偏振共焦扫描显微镜的研制及其成像研究

根据偏振共焦扫描显微镜的原理,成功研制了一台偏振共焦扫描显微镜,用该偏振共焦扫描显微镜对各种集成电路芯片、生物组织等物体进行透射式成像或反射式成像研究,并分析成像结果,实验表明,该偏振共焦扫描显微镜能够对各种物体进行成像,具有成像方式多样,可逐层扫描,非线性成像等特点。     

荧光共焦显微镜相干面光源相位滤波器

光源尺寸是荧光共焦显微镜的一个重要参数，增大面光源的尺寸使荧光共焦显微镜分辨率变差，为了克服这个缺点，提出了使用相位滤波器改变相干面光源不同环区的相位．作为一个例子，采用一个两区相位滤波器，数值计算结果表明系统的分辨率能得到改善，同时光源孔径可以增大．     

共焦扫描显微成像系统的非相干光学传递函数

共焦扫描光学显微（ＣＳＯＭ）系统有透射式和反射式、相干光和非相干光荧光等类型。ＣＳＯＭ 系统的平面分辨率和纵深分辨率依赖于放置在光电探测器前面的空间滤波器的孔径大小。根据不同孔径计算反射式荧光ＣＳＯＭ 系统的非相干光学传递函数,并进一步说明反射式荧光ＣＳＯＭ系统的成像特性对孔径的依赖关系     

上皮组织的深度分辨非线性光谱成像技术

基于多光子激发自体荧光和谐波信号的非线性光谱分辨成像技术，将多光子显微镜和光谱测量技术的优点集于一身，它可以同时获得组织内在成分的微结构和光谱特性．利用LSM510META激光扫描显微镜系统和深度分辨非线性光谱成像技术，对活体小鼠皮肤的微结构和光谱特性进行了研究．实验结果表明，深度非线性光谱分辨成像技术能够识别活体小鼠上皮组织的细胞层和基质层结构，能够监测上皮细胞的NADH、细胞内间质黄素蛋白、基质层的胶原蛋白、毛干中的角蛋白和黑色素等不同组织成分的发射光谱．实验观察部位的小鼠皮肤的HE染色、胶原纤维和弹力纤维特殊染色的结果也证明了利用深度分辨非线性光谱成像技术获得结果的准确性．随着微型、便捷的多光子显微镜系统的出现，深度分辨非线性光谱成像技术能够对上皮肿瘤组织的早期直接、实时、客观、无损地探测、诊断和监测提供可能，将在临床医学应用中具有重大意义和实用价值．     

竹红菌甲素(HA)线性光学性质及双光子吸收特性研究

采用吸收光谱、荧光光谱和上转换荧光实验方法研究了竹红菌甲素的线性光学性质及双光子吸收特性,并从分子内氢键及PZ-л共轭结构理论对实验数据进行了分析,结果表明竹红菌甲素HA的激发态吸收应为双光子吸收,该材料作为非线性光学材料存在一定潜力.     

体全息在共焦显微镜中的应用

采用体全息记录信息代替共焦显微镜中的反射镜,在物光的衍射光强最大的条件下,记录体全息信息.体全息共焦成像的动态范围取决于全息衍射效率和材料的限制,而深度分辨率则取决于物镜的数值孔径和记录介质的厚度大小.体全息共焦显微镜系统的观测结果对探测器前的光阑孔径大小没有明显的依赖关系,在探测器前加尺寸不必特别小的针孔或可以不加针孔,这样可减小由于衍射现象引起的像差.体全息成像本身具有滤波的作用.物镜的像差在体全息自成像过程中由于相位共轭而消除,从而使仪器的深度分辨率与测量的动态范围不再相互限制.     

共焦扫描激光显微镜

介绍一台我们设计,研制的共焦扫描激光显微镜,它由共焦显微镜光学系统、信号探测成像系统以及物扫描平台驱动装置组成。光学系统设计有两条光路,便于共焦调节,可采用反射,透射和偏振３种方式,也可进行荧光成像。     

高斯光束对荧光共焦显微镜分辨率的影响

研究一定光源孔径、束斑的高斯光束对荧光共焦显微镜横向、纵向分辨率的影响，导出了荧光功率传输函数、三维响应函数．数值计算结果表明：与一定光源孔径的平行光束比较，采用高斯光束可以获得更好的横向、纵向分辨率．     

新一代微型双光子荧光显微镜

长期以来,在自由行为动物中获得树突棘水平的神经元活动图像是神经科学家们梦寐以求的目标。为了实现这个目标,必须微型化经典的双光子显微镜,使得它们可以佩戴在自由运动的动物身上,高分辨率的观察亚细胞结构和功能变化,同时不干扰它们的正常行为。在过去的十五年中,许多课题组发表了不同的设计,但是都没有一个被神经科学界广泛接受。本工作中我们总结了阻碍当前微型双光子显微镜在高分辨率成像中自由行为的小鼠中普遍应用的主要挑战以及可能用于解决每个挑战的不同解决方案。基于这些理论分析,我们研制出了新一代高时空分辨率的微型化双光子显微镜(FHIRM-TPM),重量仅有2.2g,分辨率和成像速度可与大型双光子相媲美。     

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。     

一例用于活细胞溶酶体成像的双光子荧光染料的合成、表征及生物成像性能研究

以芴的衍生物-9,9-二甲基-2-硝基芴为原料,经硝基还原反应、氨基取代反应、付克酰基化反应和Click反应,获得一例D-π-A结构的可用于活细胞内溶酶体成像的双光子荧光染料lyso-w.通过对染料分子lyso-w的基本光学性质表征及生物成像方面的测试,验证了其光谱性质、双光子吸收性质以及生物成像性能.实验结果表明:染料分子lyso-w是一例性能较好的活细胞溶酶体特异性标记的双光子荧光染料.     

Ge/Al-SiO2薄膜材料的非线性光学特性

采用磁控共溅射及后退火技术制备Ge,Al共掺SiO2薄膜,通过X射线衍射谱和傅里叶红外吸收谱对样品进行表征,并采用皮秒脉冲激光器的单光束Z扫描技术研究薄膜的三阶非线性光学特性.研究结果表明:薄膜材料对1 064nm的光具有自散焦和双光子吸收效应,薄膜的三阶极化率χ(3)为3.84×10-16 m2.V-2.薄膜材料的三阶非线性极化率比SiO2和GeO2均有显著的提高,说明薄膜材料中的纳米Ge颗粒的量子限域效应及双光子吸收效应是其产生非线性光学效应增强的主要原因,同时Al的掺杂也促进了材料的三阶非线性光学效应的增强.     

二茂铁卟啉化合物的合成及其取代基效应

设计合成含有不同取代基的二茂铁卟啉化合物， 用核磁共振氢谱、 紫外-可见光谱和红外光谱表征其结构， 并讨论取代基效应对二茂铁卟啉的荧光、 电化学、 Raman光谱的影响和变化规律. 实验结果表明：  给电子取代基使卟啉荧光光谱红移， 量子产率增大， 对Raman光谱的苯环振动影响较大； 连接给电子取代基的卟啉更易失去电子而被氧化， 连接吸电子取代基的结果相反. 因此通过改变卟啉周边的取代基可调控二茂铁卟啉的光谱和电化学性能.