基于受激拉曼散射显微镜的高灵敏度无标记生物医学成像技术背景：因为各种化学键有其特征频率，使得基于红外吸收和拉曼散射的振动显微术可被用作为无标记对比度机制。然而使用长波长的红外显微镜的分辨率不够，使用短激发波长的自发拉曼散射显微镜尽管有高分辨率，但是其灵敏度不够，成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)显微镜的灵敏度要高于自发拉曼散射显微镜，但是因为非共振背景的存在，限制了其探测灵敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次观测到，随后在许多光谱研究中得到广 ...
中，阻断瑞利散射，并将拉曼信号传输到光谱仪中，长通滤光片是测量斯托克斯分量的常用滤光片。但是随着入射角度的增大，边缘截止波长会出现蓝移，且随着入射角的增加，s和p偏振的边缘移动量不一致，使得他们不适合于共振拉曼谱测量。如下图1a所示，入射角增大到30°时边缘蓝移约20 nm，且s偏振和p偏振表现出了7 nm的分裂，说明不适用于可调谐激发。图1b所示的TLP滤光片可在0-60°范围内偏转并不降低边缘陡度，且在全量程范围内提供OD>6的光密度和90%以上的传输，可调谐波长可覆盖400-1100 nm，很适合于可调谐激光光源拉曼测试。图1如下图2a所示，一个超连续激光光源（400-2400 n ...
特定偏振态的散射光通过。偏振光耦合进光纤后，光纤受外部环境影响会改变其中背向散射光的偏振态，能够经过检偏器的光就发生了变化。就可以据此探测光纤的扰动传感。从应用上来看，POTDR主要是测量与光纤中光波偏振态有关的物理量，在电压测量、持续振动、快速扰动及光纤中偏振模色散测量中有所应用。利用光纤的二阶横向电光效应，把单模光纤或液体芯光纤弯曲成螺旋型，放置在高压线路附近。电压会引起光纤中光波偏振态的变化。光纤在弯曲成螺旋形时，离线路越远，螺纹间距越大，高频率的振动测量，使用POTDR也是不错的选择。基于频谱分析的POTDR系统具有灵敏度高，对外界干扰反应及时、抗噪能力强，可测量频率高达5kHz的振动 ...
明的相干拉曼散射显微镜,可以打破散粒噪声限制，提高信噪比、灵敏度和成像速度。在对细胞内部进行成像时，信噪比提高了 35%。结合亚波长分辨率和高灵敏度(提升14%)，可以看到原本会被散粒噪声掩埋的生物特征。利用量子关联可以避免光致损伤。消除了相干拉曼显微镜和更广泛的高性能显微镜进一步发展的根本障碍。原理解析：（1）借助压缩态光场的光学测量可以突破散粒噪声极限，通过明亮压缩光源与相干拉曼显微镜结合，可以实现突破散粒噪声限制的成像效果。显微镜采取倒置结构，集成了传统明场成像和量子增强受激拉曼成像(如图1a)。选用近红外波长减小生物样品的激光吸收和光损伤。图1a左为泵浦光生成部分，中为受激拉曼散射生成 ...
和样本出射的散射光之间的相移)图像(见图2a)。以 π⁄2 的相移增量，记录与各个相移相关的四个强度帧，利用四个强度图像，将入射场和散射场的幅度从相位信息中解耦，并获得与样本相关的定量相位图(见图2b)。由于 SLIM 是共轴光路，相位测量在几分之一纳米路径长度内非常稳定。 相衬显微镜采取白光照明，SLIM 图像没有散斑，从而具有亚纳米空间光程灵敏度。 这些属性使 SLIM 非常适合在载玻片上成像病毒颗粒的挑战性任务。 图2c说明了与传统相差显微镜相比，SLIM 中对比度的显著提升。（3）分辨率提升：由于成像系统的分辨率只有约335nm，而本文所用的单个病毒的平均直径小于150nm，所以需要通 ...
，光的吸收和散射都很弱，由细胞厚度或折射率变化来改变入射光波的位相分布。而人眼只能感受光强的变化，不能辨别位相变化。 解决这一困难需要将位相变化转化为强度的变化。生物学家采用对透明细胞的染色技术达到这一目的。但是，染色会对细胞的健康、结构等带来一系列影响，使得我们不能在显微镜下如实的观察细胞的生命过程。Zernike发明的相衬显微镜通过改变直接透射光和相位物体微弱的散射光之间的位相关系，将空间的位相变化转换成人眼可观测的强度变化，使得透明相位物体无需染色即可清晰的观察其内部细节。然而，相衬显微镜只能定性观察，不能得到定量的结果。定量结果需要定量相位成像。定量相位成像最近已成为一个活跃的领域，并 ...
积方法基于光散射、发射或吸收表面。它们在显示器周围的任何地方提供不受限制的可见性，并且可以使用旋转表面(主动或被动)、等离子体、空气显示器和光泳阱来创建。然而，这些方法不能重建声音和触觉。迄今为止报道的声学悬浮显示器仅展示了以降低的速度控制减少的点数，并且不涉及触感或可听见的声音。技术要点：基于此，英国萨塞克斯大学的Ryuji Hirayama等人提出了一种多模声阱显示(multimodal acoustic trap display, MATD)，观察人员可以同时从显示体积周围的任何点看到半空中的视觉内容，并从该体积接收听觉和触觉反馈。(1) 基于声镊技术，使用超声波辐射力捕获粒子(声镊可以 ...
对动态的光学散射介质内部成像(如人体组织)是生物医学光学领域的核心挑战。 在过去的几十年里，研究人员已经开发了各种各样的技术手段来不同程度的应对这一挑战。其中包括共聚焦和非线性显微技术(现在可以以亚细胞分辨率对1毫米深的组织成像)、新型波前整形、飞行时间漫射光学(TOF diffuse optics)、光声技术(成像深度扩展到厘米级,分辨率较低)等。动态散射样品(由热变化和细胞运动引起的微观运动)的光学散射特征会随时间快速变化，为有效的活体深层组织成像带来了挑战。一种可行的策略是直接测量散射样品的内部动态，利用这些动态变化来辅助成像。例如，在此类方法中，主要目标不是形成基于强度的光吸收或荧光发 ...
息图形成了与散射表面分离的点。相反，立体显示器可具有与图像点位于同一位置的散射表面。术语“立体显示”用于描述“允许从物理体积内的一组局部和特定区域产生、吸收或散射可见辐射”的设备。美国光学学会的显示技术技术小组提出了对这个定义的改进，它指明立体显示器具有与光散射(或吸收和生成)表面位于同一位置的图像点。这种微妙的区别突出了立体显示器的雕塑般的物理性和如何产生其呈现“深度而不是深度线索”的独特能力。在立体系统中，我们知道只有三种这样的显示器已在自由空间中得到成功演示：诱导等离子体显示器(induced plasma display)、改进的空气显示器和声学悬浮显示器。等离子显示器尚未展示RGB颜 ...
色光的非弹性散射，是一种可以用来识别特定化学键的强大技术。当入射光子和化学分子相互作用时，就会发生光子散射。大多数散射光子是由瑞利散射(一种弹性散射形式)产生的，并且与激发激光具有相同的波长。一小部分被散射的光子是由称为拉曼散射的非弹性散射过程产生的。虽然与瑞利散射光子相比，光子的数量相对较少，但这些光子的波长和强度携带有关特定化学键存在的定性和定量信息。在给定的拉曼光谱中，出现在特定波数位置的一组峰可以被描述为识别特定化学物质的“指纹”，同时，峰的高度可以与这种化学物质的浓度有关。多组分分析是拉曼光谱的应用之一。在过去的二十年里，许多研究小组提出了光学拉曼装置，专门设计来提高该技术测量多组分 ...
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