突破衍射极限的超透镜

由于衍射的存在,传统光学成像系统的分辨率受到极大的限制,突破不了阿贝极限.新型异质材料所形成的超透镜却突破了这种极限限制,从而使得完美成像不再只是一个梦想.本文主要介绍这种超透现象的物理原理及研究进展.     

微球聚焦特性研究

随着纳米科学和生命科学不断深入的研究提出了越来越高的分辨率需求,如在光学显微镜、光刻、光信息存储等诸多光学应用领域,在传统光学领域中,由于空间衍射极限的存在,导致聚焦光斑尺寸和远场成像出现极限分辨率的问题。突破衍射极限在远场实现超分辨率成像成为了现在研究的热点,近期研究学家说明了微球可以实现突破衍射极限的超分辨率成像。本文我们分析微球的聚焦特性。微球的聚焦光斑尺寸可以突破衍射极限,其腰斑半径小于λ/2。从仿真的结果可以看出聚焦光斑的尺寸与微球的半径以及折射率有关。     

我国学者在无标记远场超分辨领域取得突破

正超越"衍射极限",实现具有亚百纳米分辨率的显微成像已成为人类探索微观世界不可或缺的技术手段,是国际研究热点。2014年的诺贝尔奖得主发明了基于荧光标记的STED、STORM、和PALM,使人类的光学显微进入了超分辨时代。然而目前的超分辨技术面临着需要借助荧光标记、视场狭窄、样品选择性强、应用对象极为受限等瓶颈。普适性强、可快速成像的无标记的宽场远场超分辨显微方法成为显微领域亟待突破的关键。近来,浙江大学杨青、刘旭团队开创性地将发     

分辨率达1纳米的金属透镜

突破光学显微镜限制的成像技术，一提到“透镜”，大家立刻会想到放大镜、隐形眼镜等用透明物质做成的东西。但是，本文所讨论的透镜，却是用金属制造的，而且这种金属透镜的分辨能力，远远超过了光学显微镜。采用金属透镜，可以研制出前所未有的新型显微镜，还能够用于制造超精细的半导体集成电路芯片等，因此，金属透镜是划时代的研究成果。[编者按]     

太赫兹时域光谱成像系统的研究进展

太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介绍。在成像体制层面,全面介绍了逐点扫描成像、太赫兹焦平面成像、太赫兹光电导阵列成像等二维的成像方式,以及突破衍射极限的太赫兹近场成像技术;在成像算法层面,介绍了飞行时间成像和断层扫描成像技术等三维成像方式。列举了太赫兹技术在生物医学、无损检测、安防检测等领域的应用。最后总结了当前太赫兹时域光谱技术所面临的问题。     

分布式雷达超分辨成像的MUSIC方法

多重信号分类(MUSIC)方法已在单基地雷达的超分辨成像中得到较广泛的研究,然而将该方法直接应用到双/多基地形式的分布式雷达超分辨成像上,则会面临收发分置带来的散射信息解相关和波数相位分解等问题.为此利用三维空间平滑和双重线性插值对MUSIC方法进行了改进,给出了分布式雷达超分辨成像的最小信噪比显式表达及其快速计算公式,并据此分析了超分辨成像性能.仿真结果验证了这种基于收发分置形式的MUSIC超分辨成像方法的有效性.     

单介质层对微球透镜成像特性的影响

利用嵌有钛酸钡(BTG)微球的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜突破衍射极限是目前实现超分辨成像的一种常规方法.本文提出在微球透镜与样品表面增加一种介质层,并研究了不同厚度的SU-8单层介质层对成像性质影响.实验发现:随着SU-8介质层厚度从0增大到270 nm,成像视场大小从10.8μm增加到了13.2μm.其中SU-8厚度在160 nm左右时候,视场大小与对比度最优.此外,对于厚度为160 nm的不同材料介质层,发现SU-8介质层最能提高视场大小,而二氧化钛(Ti O2)介质层削弱了视场大小.我们认为耦合进介质层的光信息含量决定了成像质量,并通过光波干涉相消对这一现象进行了解释.这一实验研究有利于增进人们对微透镜成像原理的认识.     

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.     

近场光学的现在与未来

近场光学的现在与未来吴世法（大连理工大学物理系１１６０２４）所谓近场光学即超衍射极限分辨条件下的成像光学。因而，传统的成像光学又可称为远场光学，其成像分辨受衍射极限制约。本文综述了近场光学发展历史、现状并预测它的未来，它是当前现代光学一个很重要的发展...     

2015-02 国内期刊亮点

光学超分辨成像精度破极限达4.1 nm中国科学院量子信息重点实验室孙方稳研究组利用光学超分辨成像技术实现了对单个自旋态的纳米量级空间分辨率的测量和操控,其成像精度达到4.1 nm。研究成果1月2日发表在Light:Science & Applications上。金刚石中的氮—空位色心是一种发光缺陷,近几年在量子信息领域得到广泛关注,被认为有望实现室     

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.     

奇异二阶微分系统边值问题

运用锥拉伸与锥压缩原理,在适当的条件下建立一类奇异二阶微分系统边值问题正解的存在性.突破了有关文献中要求非线性项超线性或次线性增长的限制.     

国外期刊亮点

<正>光学超分辨成像精度破极限达4.1 nm中国科学院量子信息重点实验室孙方稳研究组利用光学超分辨成像技术实现了对单个自旋态的纳米量级空间分辨率的测量和操控,其成像精度达到4.1 nm。研究成果1月2日发表在Light:Science Applications上。金刚石中的氮—空位色心是一种发光缺陷,近几年在量子信息领域得到广泛关注,被认为有望实现室     

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率.为解决这一问题,提出一种新体制雷达--逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像.分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案.仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像.     

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。     

一般非综合孔径雷达方位超分辨研究

一般非综合孔径雷达的方位分辨率受天线波束宽度的限制。要突破这种限制需要采用方位超分辨技术。该文介绍和分析了3种一般非综合孔径雷达的方位超分辨方法,包括去卷积法、角度权重法和相控阵雷达的相位权重法。对这些方法的性能进行了比较性研究,给出了数值仿真的结果。研究表明,去卷积法只适合于信噪比大于30dB的场合。在信噪比小于15dB时,角度权重法和相位权重法仍具有较好的方位超分辨效果。该文还从信息的角度分析了方位超分辨的实质,探讨了实现方位超分辨的可能途径。     

金属纳米团簇在生物医学领域的研究进展

金属纳米团簇具有独特的超小尺寸和光、磁、催化等性能,以及优异的生物相容性等特征,在生物医学研究中备受关注.但其存在发光效率偏低、活体代谢速度较快等问题.为此介绍近几年通过合成优化和发光调控等方法提高金属纳米团簇的检测与成像灵敏度和肿瘤诊疗能力的研究进展.探究金属纳米团簇的肾代谢和生物酶催化性能;开发具有精确原子数、高效生物相容性和肿瘤靶向性的金属纳米团簇;突破其近红外发光量子产率限制,提高光声-磁共振造影等性能,将是未来该领域研究的重要方向.     

地面与微重力环境下冷原子量子磁性的精密测量

冷原子是利用激光制冷、蒸发制冷等冷却手段将原子制备到接近绝对零度的状态.作为当前量子物理的一个重要国际前沿,冷原子物理已经发展到探索、研究、测量原子内部的自旋自由度.对其内部自旋自由度的超精细结构所呈现的丰富量子磁性的精密测量,无论是对基础物理,或是新技术的运用,无疑都有着非常重要的作用.而借助于微重力环境的优势,创造新的极端条件,冷原子实验系统可获得地面无法达到的pK量级的超低温以及长时间的精密测量,量子磁性的操控与精密测量可以突破地面重力的限制而达到新的参数区域.本文综述了地面与微重力环境下冷原子实验原理、装置、方案,不同磁量子数塞曼态间转移、磁性相变,以及飞行时间成像与相衬成像.就其精密测量,着重阐述了在微重力下使冷原子继续深度冷却,和使用非破坏相衬成像测量手段这两方面.     

微扫描超分辨率超声成像技术研究

针对提高超声成像的分辨率问题展开研究,提出了微扫描超分辨率超声成像的方法.通过将微扫描和超分辨率技术结合并应用于超声成像中,微扫描技术获取满足超分辨率技术的多幅低分辨率图像,然后应用超分辨率图像重建算法获取高分辨力图像,并对此过程进行了仿真.仿真结果表明:提出的基于微扫描的超分辨率超声成像方法在实际应用中有一定的可行性,对提高超声成像设备的分辨率具有参考价值.     

我国健美操的社会化优势与市场化途径

健美操以其自身的动作特点、较低的学习门槛和旺盛的大众需求,显现了其社会化的优势.但从具有社会化特征到市场化经营,还有较长的路要走.从突破政策限制、突破地域限制、突破观念限制、突破模式限制等出发,宏观上探讨了健美操市场化的途径.