Analysis of superresolution via 3D structured illumination intensity correlation microscopy
强度相关显微镜（ICM），这是著名的通过反聚束显微镜或超分辨率光学波动成像（SOFI），提供超分辨率通过相关分析的反聚束的独立量子发射器或闪烁的荧光团的时间波动。对于相关阶$m$，信号中的PSF有效地取$m$的次幂，并且因此直接缩小因子$\sqrt{m}$。与反褶积相结合，可以获得因子$m$的接近线性的分辨率改善。然而，高相关阶数的分析是具有挑战性的，这限制了可实现的分辨率。在这里，我们建议使用三维结构照明与$m$第阶相关分析，以获得增强的缩放高达$m+m=2m$。包括斯托克斯位移或等离子体子波长照明增强可以实现超过$2m$。因此，在全3D成像中远低于衍射极限的分辨率可能已经以低相关阶数实现。由于ICM在线性状态下工作，因此我们的方法可能特别有希望用于在低照明水平下提高生物成像的分辨率。
2018-10-05 physics.optics
On-axis diffraction-limited design of bi-parabolic singlet lenses
提出了一种双抛物面衍射限制透镜。以下参数的知识：物距、相对折射率、透镜厚度和像距，使得能够解析地计算抛物线前表面和后表面。给出了这种透镜获得衍射极限像的条件及其最大直径。这些双抛物面透镜可以以降低的成本容易地制造，并且可以用于多种商业和工业应用。文中介绍了获得这种曲面的方法，并给出了一个简单的实例，并用Oslo进行了验证。
2019-08-14 physics.optics
Kinoform refraction lens with diffraction calculation
通过准光学方法对相息图折射透镜的直接数值模拟，研究了形状失调的影响。准光学方法是基于抛物型方程的复振幅数值积分，采用分步“分裂”法。计算了不同阶次和不同缺陷情况下2 π位移补偿的效果。比较了相息图透镜与复合折射透镜和薄透镜近似的性能。
2004-06-24 physics.optics
Thermal x-ray diffraction and near-field phase contrast imaging
利用热光源的高阶相干性，可以提高标准X射线成像技术的分辨率。本文将高阶测量应用于远场X射线衍射和近场相位衬度成像（PCI），以实现X射线衍射的超分辨和近场相位衬度成像的强度衬度增强。与通过使用纠缠X射线光子对实现类似效果的方法相比，实现这种方案的成本是最小的。
2018-02-14 physics.optics quant-ph
Large-scale optical diffraction tomography for inspection of optical plastic lenses
本文提出了一种光学衍射层析成像（ODT）技术，用于测量光学塑料透镜的三维折射率（RI）图。利用马赫-曾德尔干涉仪测量了浸没在折射率匹配油中的塑料透镜在不同旋转方向上的多个复杂光场。由此，利用ODT重建了塑料透镜的三维折射率分布，其折射率灵敏度（dn = 4.21 x 10^-5）和分辨率（12.8 μ m）前所未有。作为示范，3-D RI分布的2毫米直径的硼硅酸盐球和5毫米直径的塑料透镜
2015-11-26 physics.optics
Superresolved optical imaging through higher-order spatial frequency harmonic generation without beating the diffraction limit of light
我们提出了一种在不突破光的衍射极限的情况下实现超分辨光学成像的方法。这是通过在保持光学成像系统的有效点扩散函数的大小不变的同时，通过高阶空间频率生成来放大对象的理想光学图像来实现的。在改进的$4f$成像系统中证明了原理验证实验，其中通过基于Pr $^{3+}$中的电磁感应透明效应的光脉冲存储和检索过程，双线源的空间频率在$4f$成像系统的共焦傅立叶平面上被加倍或三倍：$\rm Y_2SiO_5$晶体，并且在传统的$4f$成像系统中的两个线源的原本不可分辨的图像随着空间频率加倍或三倍而变得可分辨。我们的研究结果提供了一种新颖的方法来提高光学成像分辨率，而不击败光的衍射极限，这是完全不同于现有的超分辨率方法，以克服衍射极限。
2016-08-05 physics.optics
X-ray focusing by bent crystals: focal positions as predicted by the crystal lens equation and the dynamical diffraction theory
本文用晶体透镜方程预测了单色X射线经薄弯曲晶体衍射后的焦点位置。我们推导出布拉格和劳厄几何有效的一般形式的方程。这个方程对于劳厄几何中的衍射几乎没有用处。利用动力学理论的概念讨论了劳厄对称情况下的聚焦效应，并提出了透镜方程的一个推广。考虑了多色聚焦的存在，讨论了多色和单色焦点位置匹配的可行性。
2021-11-23 physics.optics
Spectral filtering effect of diffraction gratings with a lens coupling to optical fibers
本研究针对由衍射光栅、耦合透镜和光纤构成的光谱滤波器开展理论分析，利用光线传输矩阵推导带宽与群速度色散的计算方程，为光纤基光谱滤波器尤其是锁模光纤激光器的相关设计提供参考。
2025-03-23 physics.optics
Sub-diffraction-limit Observation Realized by Nonlinear Metamaterial Lens
本文通过实验证明，在光源上覆盖一个薄的平板非线性透镜，通过测量光源在谐波频率处的近场分布或远场辐射，并计算傅里叶逆变换，获得亚波长成像，就可以实现亚衍射极限观测。特别是，由远场测量数据计算的亚波长图像显示出非常清晰的分辨率。由于包含有源元件的超材料在很弱的入射电磁功率下很容易表现出很强的非线性，因此本文提出的非线性透镜的应用在不久的将来将在提高亚波长分辨率方面具有重要潜力。
2009-05-03 physics.optics
Fisher information for far-field linear optical superresolution via homodyne or heterodyne detection in a higher-order local oscillator mode
如果两个点光源之间的距离低于成像设备的衍射（瑞利）分辨率极限，则难以估计该距离。最近提出的一种技术通过利用光到高阶$\rm{TEM}$模式，特别是图像的$\rm{TEM}_{01}$模式的源分离相关耦合来提高这种估计的精度。我们从理论上分析了估计的源分离的零差或外差检测与本地振荡器在$\rm{TEM}_{01}$模式，这是最敏感的分离在子瑞利制度。我们计算与此估计相关的每光子Fisher信息，并将其与直接成像进行比较。对于热源，每光子Fisher信息取决于图像的每个热模式的平均光子数;当平均光子数超过零差检测的2和外差检测的4时，它超过了直接成像的Fisher信息（在有趣的子瑞利机制中）。
2017-12-21 physics.optics quant-ph
Spectral multiplexing based on multi-distance lensless imaging
本文提出一种基于多距离衍射成像的光谱复用方法，利用轴向衍射数据冗余重建多样光谱样本，显著减少所需数据量并放宽光路稳定性要求。
2024-05-30 physics.optics
The diffractive saturable loss mechanism in Kerr-lens mode-locked lasers: direct observation and simulation
被动锁模主要依赖于可饱和损耗机制来形成超短脉冲。然而，在克尔透镜锁模（KLM）中，没有实际的吸收发生，而是由于衍射而出现损耗，并且实际的光必须逃离腔。克尔透镜效应的作用是通过衍射产生有效的瞬时可饱和吸收体，该吸收体微妙地依赖于脉冲的空间和时间轮廓之间的相互作用。尽管KLM作为产生超快脉冲的技术的重要性以及衍射损耗在其操作中的基本作用，但这些损耗从未被直接观察到。在这里，我们测量的光泄漏，由于衍射损耗在硬孔径克尔透镜锁模钛：蓝宝石激光器，并比较测量结果与数值理论，明确计算的时空行为的脉冲。
2020-12-22 physics.optics
Bayesian-based aberration correction and numerical diffraction for improved lensfree on-chip microscopy of biological specimens
无透镜片上显微镜是一种新兴的成像技术，可用于可视化和研究生物标本，而不需要成像透镜系统。可以限制无透镜片上显微镜的性能的重要问题包括干涉像差、采集噪声和图像重建伪影。在这项研究中，我们介绍了一种基于贝叶斯的方法进行像差校正和数值衍射，占所有这三个问题，以提高有效的数值孔径（NA）和信噪比（SNR）的重建显微图像。该方法进行了实验验证，使用美国空军的分辨率目标，以及真正的水生鱼腥藻水华样本，表现出约25%的标准方法的NA的改善，并在2.3 dB和3.8 dB的SNR的改善重建图像相比，使用标准方法和极大似然估计方法，分别产生的重建图像。
2015-05-07 physics.optics
Negative refraction and sub-wavelength imaging using transparent metal-dielectric stacks
已知负折射发生在同时具有负电容率和负磁导率的材料中;因此它们被称为负折射率材料。然而，没有已知的天然材料表现出负折射率。在很大程度上，对这些材料的兴趣是由于推测它们可以用作具有超分辨率的完美透镜。我们提出了一种新的方法，实现负折射与目前可用的技术，基于透明的，金属-电介质多层结构。这些结构的优点是，可调谐性和传输（远高于50%），可以在可见光波长范围内实现。我们证明了负折射和超分辨率在这些结构。我们的发现指出了一种更简单的方法来制造具有负折射的材料。这不仅为负折射开辟了一条全新的道路，而且还扩大了金属中波传播效应的探索。
2006-07-15 physics.optics
Passive optical superresolution at the quantum limit
University of Oxford（牛津大学）；RTX BBN Technologies（RTX BBN技术公司）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
本文探讨了通过量子测量和估计理论实现超越传统光学成像的超分辨率方法，包括空间模式解复用接收器等技术，应用于子瑞利非相干源的分类、定位和成像。
2026-09-17 physics.optics quant-ph
Far-field Compound Super-resolution Lens for direct laser writing of arbitrary nano patterns and beyond
提出并实现了一种低成本的用于亚波长激光直接扫描写入的复合超分辨透镜，该透镜由平凸透镜和微球透镜（PCM）组成。该PCM透镜在空气中（距透镜约6 μ m）可实现远场~λ/3.5的超分辨率，超过了现有商用物镜的分辨率极限，是同类产品中的第一个。利用已开发的PCM透镜，可以在各种基底上以简单、低成本的方式直接制作任意的纳米图案。该透镜还可以用于其他应用，包括纳米成像和传感以及共焦配置。这项工作可能会导致下一代低成本直接激光纳米加工机和超分辨率成像纳米显微镜的发展。
2019-10-08 physics.app-ph physics.optics
Nano-lens diffraction around a single heated nano particle
纳米级球面对称折射率分布对聚焦高斯光束的作用可以容易地设想为相位修改元件（即透镜）的作用：穿过非均匀折射率场n（r）的光线沿着它们的轨迹收集附加相位，该附加相位相对于未扰动光线提前或延迟它们的相位。这种类似透镜的作用长期以来一直被理解为薄样品光热吸收测量信号背后的机制[1，2]，其中存在圆柱对称和不同的长度尺度。然而，在光热单（纳米）颗粒显微镜中，在这种新技术出现期间，建立了复杂的，尽管预测有限的电动（EM）散射处理[3]。我们最近的研究[4]将这种EM方法扩展到一个完整的从头算模型中，描述了所遇到的情况的现实，并首次表明信号背后的机制，尽管其纳米级起源，也是仅隐藏在理论Mie框架的复杂伪装中的诱导折射率分布的类似透镜的作用。本文提出的衍射模型给出了轴向PT信号的形状、幅度及其角分布的简洁解析表达式，所有这些都显示出清晰的透镜特征。它进一步表明，高斯光束的古伊相位不有助于相对光热信号在向前的方向，这是不容易从更严格的EM处理明显的事实。因此，该模型可用于估计光热单粒子显微镜中的信号形状和幅度。
2011-09-13 physics.optics
Far-field subwavelength resolution imaging by spatial spectrum sampling
由于传统成像系统的分辨率有限，衍射极限以下的成像一直是公众关注的问题。为了克服这一限制，在空间中衰减的倏逝谐波必须参与成像过程。本文介绍了一种新颖的微波和太赫兹波段远场超分辨成像方法--空间谱采样方法。强色散和动量守恒使得欺骗表面等离子体激元（SSP）结构成为探测空间谐波的灵敏探针。这使得可以通过在远场中调谐和记录SSP来提取包括传播分量和倏逝分量的目标的空间信息。然后，亚波长分辨率是由采样的空间光谱的逆傅里叶变换构造的。采用改进的亚波长金属光栅作为欺骗等离子体结构，数值和实验验证了其远场分辨率为0.17波长，并充分讨论了其二维成像能力。成像能力和灵活性可以进一步优化SSP结构。我们相信，我们的工作机制将在微波和太赫兹波段的超分辨成像应用中具有巨大的潜力
2019-07-06 physics.optics
Perfect compensation of absorption in metamaterials for diffraction-unlimited imaging
为了克服传统光学器件的分辨率限制，先前已经开发了使用负折射率平面透镜（NIFL）的近场成像技术，其放大入射场的倏逝分量。在这里，一种技术的开发和证明，以补偿损失的非理想NIFL通过确定的传递函数的镜头，并随后将逆未解决的原始图像。结果是具有亚衍射极限分辨率的补偿图像。
2016-12-22 physics.optics
Negative refractive perfect lens vs Spherical geodesic lens. Perfect Imaging comparative analysis
负折射透镜（NRL）已经表明，光学系统可以产生细节低于经典阿贝衍射极限的图像。该光学系统将由物体表面发射的电场传输到图像表面，在两个表面中产生相同的场分布。特别地，物表面中的狄拉克δ电场被聚焦而不受像表面中的狄拉克δ电场的衍射限制。Maxwell鱼眼接目镜（MFE）和球面短程线波导（SGW）已经被声称使用具有不同含义的正折射来突破衍射极限。在这些情况下，已经考虑了从点源到点接收器的功率传输，当接收器从焦点移位远小于波长的距离时，功率传输急剧下降。虽然这些系统可以检测高达波长/500的位移，但它们不能与NRL进行比较，因为物体和图像表面的概念尚未建立。在这里，它提出了一个分析的SGW与定义的对象和图像表面。结果表明，物体表面的狄拉克δ电场在像面上产生低于折射极限的像。
2012-04-12 physics.optics
Far-field super-resolution imaging with a planar hyperbolic metamaterial lens beyond the Fabry-Perot resonance condition
我们证明了利用平面双曲超材料透镜（PHML）可以实现远场超分辨成像，超越了法布里-珀罗共振条件。尽管PHML的厚度远大于波长，但PHML不仅可以高透过率地透射辐射波和倏逝波，而且可以收集图像区域内所有的波，并且它们的幅度在同一数量级。提出了一种实现远场超分辨成像的PHML设计方案，光源与像之间的距离为波长的10倍。我们表明，我们的PHML的超分辨率是强大的损失，和PHML可以通过周期性堆叠的金属和电介质层。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Achromatic super-oscillatory lenses with sub-wavelength focusing
透镜对于光驱动技术至关重要。传统的镜头已经被完善，以实现近衍射极限的分辨率和最小的色差。然而，这样的透镜体积庞大，并且不能将光聚焦到小于光的半波长的热点中。最初由Toraldo di Francia提出的瞳孔滤波器可以克服传统透镜的分辨率限制，但不能进行固有的色度校正。在这里，我们报告的单元件平面透镜，不仅提供亚波长聚焦（击败传统折射透镜的衍射极限），而且将不同颜色的光聚焦到同一热点。利用超振荡的原理，我们设计并制造了一系列二元电介质和金属透镜，用于光谱的可见光和红外部分，这些透镜在硅片、二氧化硅衬底和光纤尖端上制造。这种低成本、紧凑的透镜可用于移动设备、数据存储、监视、机器人、空间应用、成像、用光制造和空间分辨非线性显微镜。
2017-01-24 physics.optics
Diffraction-limited axial scanning in thick biological tissue employing an aberration correcting adaptive lens
由于球面像差导致焦斑特别是在轴向方向上变宽，因此深入生物组织的衍射限制聚焦是具有挑战性的。虽然衍射极限可以通过使用可变形反射镜或空间光调制器的像差校正来恢复，但是由于所需的光束折叠而导致庞大的光学设置。我们提出了一个双作用自适应透镜，使轴向扫描，并在同一时间校正标本引起的球面像差，同时提供一个紧凑的设置。在共焦显微镜中使用双作用透镜，我们显示衍射极限轴向扫描高达\SI{340}{\micro m}深内的幻影标本。应用该技术对斑马鱼胚胎进行体内测量，并在甲状腺中使用报告基因驱动的荧光，揭示了甲状腺滤泡的亚结构。
2018-11-28 physics.bio-ph physics.optics
Focused Azimuthally Polarized Vector Beam and Spatial Magnetic Resolution below the Diffraction Limit
具有极化涡旋的方位电极化矢量束（APB）的一个显著特征是它包含一个磁主导区，在该磁主导区内电场理想地为零，而纵向磁场最大。应用菲涅耳衍射理论和平面波谱（PWS）计算来量化这样的光束在通过透镜聚焦时的场特征。在透镜的焦平面上，光束的纵向磁场强度分布的衍射极限半高宽（FWHM）和光束的环形总电场强度分布的互补FWHM（CFWHM）被检查为透镜的近轴焦距的函数。然后，我们将一个亚波长的致密介质Mie散射体放置在一个自立的会聚APB的最小腰平面上，并首次证明了在光学频率下实现了非常高的分辨率磁场，总磁场FWHM为0.23λ（即，0.04λ^2的磁场斑点面积）。这里所示的理论是有价值的发展的光学显微镜和光谱系统的基础上的磁偶极跃迁，这是在一般情况下比他们的电同行弱得多。
2016-05-10 physics.optics
Diffraction limited focusing and routing of gap plasmons by a metal-dielectric-metal lens
无源光学元件可以在诸如等离子体激元集成电路的光子应用中发挥关键作用。在这里，我们实验证明被动间隙等离子体聚焦和路由在二维。这是通过将高数值孔径的金属-电介质-金属透镜结合到平面波导器件中来实现的。通过金属溅射，氧化物沉积，电子和聚焦离子束光刻，和氩离子铣削制造的详细报告。衍射限制聚焦的光学特征在于用显微镜对耦合输出的光进行采样。测量的焦距和半高宽光斑尺寸与计算的透镜性能吻合良好。表面等离子体激元的传播长度是通过从多个耦合器输出的狭缝中取样来测量的。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Roadmap for label-free imaging with microsphere superlens and metamaterial solid immersion lens
2011年，微球超透镜的超分辨率成像作为一种简单而有效的方法出现，以克服限制传统透镜分辨率的衍射极限。自那时以来，已经取得了重大进展。主要进展包括扫描超透镜系统的发展，超材料固体浸没透镜（mSIL），超分辨率物理和生物超透镜将被讨论。然后讨论了挑战和解决方案。
2021-08-20 physics.optics
Magnifying perfect lens and superlens design by coordinate transformation
将坐标变换技术应用于理想透镜和超透镜的设计。特别是，各向异性超材料，放大二维平面图像超过衍射极限的设计使用扁球坐标。扁球面理想透镜或超透镜自然可以反向用于平面亚波长图案的光刻。
2007-11-29 physics.optics
An entropy-controlled objective chip for reflective confocal microscopy with subdiffraction-limit resolution
具有优化但无序结构的平面透镜可以聚焦超过衍射极限的光。然而，这些无序结构不可避免地破坏了宽场成像能力，限制了它们在显微镜中的应用。这里我们引入信息熵S，利用目标芯片结构偏离标准菲涅耳波带片的概率来评价目标芯片的无序度。受熵变理论的启发，我们预测平衡点S 0 =0.5，以平衡宽视场成像（理论上由Strehl比评估）和亚衍射极限聚焦。为了验证这一点，NA=0.9的物镜芯片与记录长焦距为1毫米的设计与S=0.535，这是最接近的平衡点之间的所有报告的平面透镜。实验结果表明，该芯片可以聚焦亚衍射极限尺寸为0.44λ的光，并能对空间频率高达4000 lp/mm的光进行精细成像。这些前所未有的性能使超紧凑反射共焦显微镜的超分辨率成像。
2023-03-21 physics.optics
Geometric Solution of Image Degradation by Diffraction in Lensless Sensing and Microscopy
本文提出了一种非计算方法来抵消无透镜显微镜中衍射现象引起的图像退化的影响。所有的光学图像（无论是否由透镜聚焦）都是衍射图案，其在一定程度上保留视觉信息，该程度由点扩散函数的大小确定，在某些情况下像艾里圆盘。可以利用高度发散的光束来相对地减小这些点扩散函数在变换后的投影空间中的空间范围，这可以帮助我们进行视觉信息的空间解混。该原理已通过对直径约6-9微米的红细胞和具有微米尺度特征的光刻掩模的无透镜成像进行了实验验证。所提出的方法的非计算阴影显微镜的重要优点是改善的景深和急剧增加的传感器样品的工作距离。该成像方法还可以用作多角度光学计算机断层成像（CT）中的投影技术。
2021-04-07 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Multiple super-resolution imaging from Mikaelian lens to generalized Maxwell's fish-eye lens
超分辨率成像在高容量信息传输、实时生物分子成像和纳米光刻等光学应用中具有重要意义。超分辨成像技术和方法已引起人们的广泛关注。近年来，从超透镜到超振荡透镜，各种各样的新型透镜被设计和制造出来，以突破衍射极限。然而，由于透镜的本征损耗、像差、较大的边带和单一的超分辨成像等原因，这些透镜的超分辨成像效果并不理想。在本研究中，我们将固体浸没机制引入迈克尔逊透镜（ML），以实现多重超分辨成像。
2021-11-24 physics.optics
Far-field intensity signature of sub-wavelength microscopic objects
在远场衍射图像中，具有小于衍射极限的特征的微观物体的信息几乎完全丢失，但可以通过数据补全技术部分恢复。任何这样的方法都严重依赖于噪音的水平。最近，人们利用压缩传感和机器学习研究了这种实现超分辨率的新途径。我们展示了一种基于反卷积和遗传优化的两阶段技术，可以恢复具有1/10波长特征的物体。我们表明，在傅立叶域的l1-范数为基础的优化无关的稀疏性是更强大的噪声比其l2为基础的同行。我们还介绍了一个非常快速的通用限制域计算方法的傅立叶变换为基础的迭代算法稀疏数据。
2020-09-14 eess.IV physics.optics
Dynamic transition between Fresnel and Fraunhofer diffraction patterns - a lecture experiment
本文提出了一种简单的菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区之间动态过渡的方法。在不同的孔径上进行实验，并在屏幕和孔径之间的不同距离处拍摄衍射图案。在实验装置中引入发散透镜以提供放大的菲涅耳衍射图案。菲涅耳和夫琅禾费衍射图案和它们之间的动态过渡可以很容易地在几米的距离上获得，这给了一个机会，使用我们的装置作为一个讲座实验。本文给出了正方形光阑过渡的照片，并进行了讨论。
2009-04-22 physics.optics
Robust method to determine the resolution of a superlens by analyzing the near-field image of a two-slit object
在过去的十年中，基于超材料的超透镜，分辨率低于阿贝衍射极限，已经出现。为了获得这种超透镜的分辨率的粗略估计，通常执行由亚波长间隙\textit{d}分开的两个亚波长狭缝的成像。透镜的分辨率$Δ$对应于最小可能间隙$d_{min}$，对于该最小可能间隙$d_{min}$，可以分辨两个狭缝的不同图像（$Δ\sim d_{min}$）。在这封信中，我们提出了一个更定量的估计制造的镜头的分辨率拟合分析近场图像的配置文件，从成像的双缝对象与已知分辨率的理论负折射率透镜，实验数据。我们总结了我们的分析方法，从文献中的超透镜的3个案例的讨论。如图所示，这种方法对于快速评估制造的超分辨率透镜的性能特别有吸引力。
2011-05-01 cond-mat.other physics.optics
Super-oscillating Electron Wave Functions with Sub-diffraction Spots
大约一个半世纪前，Ernst Abbe [1]和不久之后的Rayleigh勋爵[2]表明，当光学透镜被平面波照射时，获得半径为0.61*lambda/sin（alpha）的衍射极限光斑，其中lambda是波长，alpha是光束会聚锥的半角。然而，当透镜被适当结构化的光束照射时，可以在焦平面处获得具有小得多的特征的光斑。鉴于这个概念是已知的光束，在这里，我们展示如何实现它的自由电子的双粒子波函数。我们实验证明了半径为106 pm的电子中心点，这是比所使用的实验装置的衍射极限小两倍以上。此外，我们还证明了这个中心光斑可以通过添加轨道角动量来构造，由此产生的超振荡涡旋光束相对于常规涡旋光束具有更小的暗核。这种具有任意小特征和定制结构的热点的新电子束家族可以用于研究亚原子分辨率的电子-物质相互作用。
2016-10-04 physics.optics
Bringing the 'perfect lens' into focus by near-perfect compensation of losses without gain media
本文研究了一种具有实用价值的非理想Pendry负折射率平板透镜的光学特性和成像性能。对透镜的光学特性进行了解析计算，并将计算结果用于进一步研究透镜和相应的成像系统。等离子体激元注入计划的损失补偿负折射率超材料应用到成像系统的结果，导致在一个完美的重建以前未解决的图像，演示子衍射极限分辨率。
2016-07-25 physics.optics
Free-Space Imaging Beyond the Diffraction Limit Using a Veselago-Pendry Transmission-Line Superlens
使用传统透镜的聚焦依赖于传播波的收集和干涉，但忽略了从源快速衰减的倏逝波。由于这些倏逝波包含了源的最细微的细节，因此图像的分辨率会降低，被称为“衍射极限”。超透镜是一种能够产生具有超越衍射极限的精细特征的图像的能力，可以通过由超材料制成的“Veselago-Pendry”透镜来实现。这种用于在自由空间中成像的Veselago-Pendry超透镜必须严格设计以恢复传播波和倏逝波两者，但是满足这些设计条件（各向同性n = μ_r = μ_r = -1）已被证明是困难的，并且使其实现变得难以捉摸。我们证明了自由空间成像的分辨率比微波频率下的衍射极限高出三倍以上，使用基于负折射率传输线（NRI-TL）方法的Veselago-Pendry超材料超透镜，该方法可以精确控制其电磁特性，并且比其他方法更不易受损失的影响。微波超透镜可以特别用于通过背散射的方式在实际距离上照明和区分紧密间隔的掩埋物体，例如在肿瘤或地雷检测中，或者用于靶向照射/热疗。
2008-03-13 physics.optics
Far-Field Tunable Nano-focusing Based on Metallic Slits Surrounded with Nonlinear-Variant Widths and Linear-Variant Depths of Circular Dielectric Grating
在本论文中，我们利用圆光栅的线性变化深度和非线性变化宽度，设计了一种新的可调谐纳米聚焦透镜，以应用于远场的实际应用。亚波长金属结构发射的柱面等离子体激元的相长干涉可以形成亚衍射极限聚焦，通过对圆光栅的槽深和槽宽进行跟踪配置，可以调节该结构的焦距。数值计算结果表明，该透镜的聚焦点位移范围远大于其他等离子体透镜，并且表面等离子体耦合圆光栅的非线性变宽和线性变深可以调制出射光的相对相位。仿真结果表明，不同的发射光相对相位导致不同的焦距。首次发现了圆光栅深度线性变化和宽度非线性变化时的一个独特现象，即凹槽深度和宽度的正变化和负变化会导致相对相位和焦距的变化趋势不同。这些结果为等离子体透镜在高密度光存储、纳米光刻、超分辨率光学显微成像、光阱和传感中的应用铺平了道路。
2013-01-11 physics.optics
Lensless coherent diffraction imaging based on spatial light modulator with unknown modulation curve
无透镜成像以其体积小、视场宽、像差低等优点成为近年来的研究热点。然而，传统的无透镜成像方法存在收敛速度慢、机械误差和共轭解干扰等问题，限制了其进一步的应用和发展。本文提出了一种基于空间光调制器（SLM）的无透镜成像方法。在我们的成像系统中，我们使用SLM来调制物体的波前，并引入了重叠关联扫描算法，即使SLM调制曲线不准确或未知，也能够恢复复振幅信息。此外，我们还设计了一个分束干涉实验来校准SLM的调制曲线，并将校准后的调制函数作为扩展重叠关联迭代引擎（epIE）算法的初始值，以提高算法的收敛速度。进一步分析了调制函数、算法参数和相干光源特性对再现像质量的影响。仿真和实际实验表明，该方法在恢复速度和精度方面均优于传统的机械扫描方法，恢复分辨率可达14 um。
2022-04-08 eess.IV physics.optics
Characterization of an aerosolized nanoparticle beam beyond the diffraction limit through strong field ionization
纳米材料的研究是技术应用和基础科学研究的一个活跃领域。研究孤立纳米粒子特性的常用方法是通过空气动力学透镜产生的真空粒子束。尽管是常见的做法，但这种光束的表征已被证明是困难的，因为光散射检测技术无法检测尺寸超过衍射极限的颗粒。在这里，我们提出了一种新的技术，用于表征这种纳米粒子束使用强场电离。通过将超快的mJ级激光聚焦到粒子束中，激光焦点内的纳米粒子被电离，并且很容易被其喷射的电子检测到。该方法给出了在焦点位置处的纳米颗粒密度的直接访问，并且通过粒子束的横向和纵向轮廓扫描焦点，可以获得三维粒子密度分布。此外，我们表明，强场电离是有效的，在检测直径小至10 nm的球形纳米粒子。此外，该技术是针对特定应用优化粒子束的有效工具。作为一个例子，我们表明，粒子束的密度和宽度可以通过限制气体流入气动透镜操纵。
2022-03-29 physics.optics
Planar Lenses at Visible Wavelengths
亚波长分辨率成像需要高数值孔径（NA）透镜，其体积庞大且昂贵。超颖表面允许将常规折射光学器件小型化为平面结构。我们表明，高纵横比的二氧化钛超表面可以制造和设计为NA = 0.8的超透镜。衍射限制聚焦在405 nm，532 nm和660 nm的波长下，相应的效率为86%，73%和66%。超透镜可以分辨由亚波长距离分离的纳米级特征，并提供高达170倍的放大率，图像质量可与最先进的商业物镜相媲美。我们的研究结果坚定地表明，超透镜可以在基于激光的显微镜，成像和光谱学中具有广泛的应用。
2016-05-07 physics.optics
Fourier-transform Ghost Imaging with Hard X-rays
通过X射线晶体学获得的知识促进了材料结构的确定，极大地促进了上个世纪现代科学技术的发展。样品结构的原子细节可以通过X射线晶体学实现，但是，它仅适用于晶体结构。基于X射线相干衍射或波带片的成像技术能够在纳米尺度上解析非晶体材料的内部结构，但实现原子分辨率仍然是一个挑战。在这里，我们展示了一种新的无透镜傅里叶变换鬼成像方法与赝热硬X射线通过测量光的二阶强度关联函数。我们表明，高分辨率傅里叶变换衍射图案的复振幅样品可以获得在菲涅耳区和样品的振幅和相位分布的空间域可以成功地恢复。无透镜X射线傅里叶变换鬼像成像方法将X射线晶体学扩展到非晶体样品，其空间分辨率仅受X射线波长的限制，因此原子分辨率应该是常规可获得的。与传统的X射线相干衍射成像相比，该方法不需要高相干X射线源，可以在实验室X射线源上实现，为在没有强相干源的情况下实现中子和电子等费米子的无透镜衍射成像提供了一种可能的解决方案。
2016-03-18 physics.optics
Beat the Rayleigh limit: OAM based super-resolution diffraction tomography
这封信是第一个报告，一个超分辨率成像超过瑞利极限，可以通过使用经典的衍射层析（DT）扩展与轨道角动量（OAM），被称为基于OAM的衍射层析（OAM-DT）。轨道角动量（OAM）提供了额外的电磁自由度，这是公认的。这一概念在科学技术中得到了广泛的应用。在这封信中，我们重新讨论了与OAM扩展的DT问题，从理论上和数值上证明了OAM-DT对成像分辨率原则上没有物理限制。这种超分辨率OAM-DT成像模式不需要倏逝场、精细聚焦透镜、复杂的后处理等，从而为实现亚波长分辨率的普适目标波场成像提供了一种新的途径。
2013-06-27 physics.optics
Three Dimensional Subwavelength focus by a near-field plate lens
我们采用逆向设计的方法来构造一个薄的近场透镜，它可以通过操纵磁偶极子源的近场来产生所需的亚波长聚焦。人工阻抗表面所代表的平面近场透镜是由集总电抗元件（电容器和电感器）与空间变化的值。在实验中，获得了所需的环形聚焦光斑，其特征尺寸比衍射极限所允许的尺寸小近三倍。除了高分辨率成像，所提出的近场板可以扩展到其他有趣的应用，如无线电力传输或复杂的波前/波束成形器。
2013-05-22 physics.optics
Extended depth of field of diffraction limited imaging system using spatial light modulator based intensity compensated polarization coded aperture
减小孔径尺寸是在光学器件中获得增强的图像分辨率的常规技术，但是其被耗尽的照明所遮蔽。偏振编码孔径（PCA）可以用来规避这个关键的伪影。我们实验证明强度补偿偏振加密孔径，这是利用LC-SLM的偏振调制特性设计。PCA不受孔径大小的限制，因此使用这些PCA可以更方便地记录远场点扩散函数（PSF）。通过实验验证了在名义强度损失下使用PCA可以提高衍射极限透镜的景深和二元菲涅耳波带片的轴向强度。
2022-04-08 physics.optics
Far Field measurement in the focal plane of a lens : a cautionary note
从理论上研究了基于透镜傅里叶特性的远场测量方法的精度。我们考虑一个简单的光学装置，其中通过克尔介质的光束的远场强度图案由位于薄透镜的后焦平面中的CCD相机记录。利用菲涅耳衍射公式和数值计算，我们研究了CCD摄像机轻微纵向错位的影响。考虑到相干高斯光束，我们表明，在CCD相机的位置的微小误差可以产生一个缩小的横向图案，而不是预期的和众所周知的扩大。这种现象是强大的，足以坚持强烈修改的存在噪声的非相干光束。这种现象的存在具有重要的后果的设计和实现的光学波湍流领域的实验中，非相干波达到的平衡光谱只能从一个仔细的远场分析确定。特别是，远场的意外变窄可能会被误认为是经典波凝聚的显着现象。最后，我们表明，在实验中使用的光学元件的有限尺寸产生的衍射图案，具有翅膀衰减的方式相媲美的瑞利-金斯分布达到非相干波系统在philicical平衡。
2013-07-18 physics.optics
Near-field optical random mapping (NORM) microscopy
近几年来，人们提出了几种克服远场显微衍射极限的方法。然而，超分辨率的问题只有在荧光显微镜下才能可靠地解决，分辨率高达20- 30 nm。在没有荧光染料的情况下获得低于100 nm的光学分辨率需要使用相当缓慢和复杂的扫描近场光学显微镜（SNOM）技术。提出了一种利用远场显微镜观察纳米粒子在浸没液体中的布朗运动，实现光学近场采集的方法。该方法的分辨率仅受可以由给定远场显微镜记录（检测）的纳米颗粒的尺寸的限制。从这个角度来看，这种分辨率可以达到10- 20 nm。到目前为止，我们实现了约140 nm的分辨率，通过物镜观察120 nm的颗粒，N.A.= 0.4.因此，对于给定的显微镜物镜，分辨率提高了五倍。
2013-09-02 physics.optics
Wide field-of-view flat lens: an analytical formalism
宽视场（FOV）光学器件广泛用于各种成像、显示和感测应用中。虽然传统的宽FOV光学器件依赖于级联的多个元件来抑制彗差和其他像差，但最近已经证明，可以利用经由迭代数值优化设计的单件式平坦鱼眼透镜来实现衍射受限的近180度FOV操作[Nano Lett. 20，7429（2020）]。在这里，我们推导出一个解析解，使计算效率的设计平面宽FOV透镜的基础上超曲面或衍射光学元件（DOE）。利用这种分析方法，我们进一步量化了宽FOV超透镜中光学性能和设计参数之间的权衡。
2021-08-24 physics.optics
Phase Aberrations in Diffraction Microscopy
在相干X射线衍射显微镜中，记录由相干X射线照射的样品产生的衍射图案，并且计算机算法恢复未测量的相位以合成图像。通过避免使用透镜，分辨率原则上仅受记录的最大散射角的限制。然而，成像任务从实验转移到计算机，并且该算法在存在噪声和有限的先验知识的情况下恢复有意义的图像的能力可能在重建图像中产生像差。我们分析了相位恢复算法产生的低阶像差。我们提出了两种方法来提高重建的精度和稳定性。
2005-10-06 physics.optics
Longitudinal tri-foci Metalens empowered multiple-magnification and diffraction-limited microscope
本研究基于截断波导超构原子机制开发出具有纵向三个衍射极限焦点的Si3N4超构透镜，首次将具备三种高放大倍率和衍射极限分辨率的显微镜集成于厘米尺寸内。
2024-02-18 physics.app-ph physics.optics
Theory of optical imaging beyond the diffraction limit with a far-field superlens
最近的理论和实验研究表明，成像的分辨率远远超过衍射极限，可以获得所谓的超透镜。然而，由这种超透镜形成的图像仅在近场中，或者远离透镜的波长的一部分。本文提出了一种远场超透镜（FSL）器件，它是由一个具有周期性双折射的平面超透镜构成。我们在理论上表明，当一个对象被放置在这样的FSL的紧密接近，一个独特的图像可以在远场形成。作为一个例子，我们用数值方法证明，使用适当设计的工作在376 nm波长的FSL，可以从远场数据中获得具有30 nm间隙的40 nm线的图像。
2006-01-21 physics.optics
A Robust COTS Objective for Diffraction-Limited, High-NA, Long Front Working Distance Imaging
本文提出一种全商用现货单透镜构成的高数值孔径、长前工作距离物镜设计，通过单透镜组直接会聚成像光并校正球差，实验验证其在375–866 nm宽波长范围内保持衍射极限分辨率，适用于高精度测量和量子现象研究。
2025-07-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A single-layer panoramic metalens with > 170° diffraction-limited field of view
广角光学功能对于实现先进的成像和图像投影设备至关重要。传统上，广角操作是通过多个光学元件的复杂组装来实现的。纳米光子学的最新进展已经导致了超表面透镜或超透镜，这是一类新的超薄平面透镜，其利用亚波长纳米天线来获得对光的相位、振幅和/或偏振的完全控制。在这里，我们提出了一种新的超透镜设计，能够在前所未有的> 170度角视场（FOV）上执行衍射限制聚焦和成像。该透镜单片集成在一片平坦基板上，并且仅涉及单层超颖表面，该超颖表面校正三阶赛德尔像差，包括彗差、像散和场曲。超透镜还具有平面焦平面，这使得成像和投影应用的系统架构大大简化。我们使用惠更斯超原子在5.2微米波长下工作来制造超透镜，并在实验上证明了在整个FOV上的无像差聚焦和成像。设计概念是通用的，可以很容易地适应不同的元原子几何形状和波长范围，以满足不同的应用需求。
2019-09-19 physics.app-ph physics.optics
Diffraction-limited plenoptic imaging with correlated light
传统的光学成像面临着分辨率和景深（DOF）之间不可避免的权衡。为了提高分辨率，需要高数值孔径（NA），但相关的大角度不确定性导致可以置于锐聚焦的有限深度范围。几年前，全光成像技术被引入，以弥补这种权衡。为此，全光成像重建从透镜到传感器的光线路径。然而，由标准全光成像提供的改进是实用的而不是根本的：增加的D0F导致分辨率的成比例减小，远高于由透镜NA施加的衍射极限。在本文中，我们证明了相关测量能够将全光成像推到其分辨率和自由度的基本极限。也就是说，我们证明，以保持在衍射极限的成像分辨率，同时增加了7倍的景深。我们的研究结果代表了理论和实验基础的有效发展的前景广阔的应用全光成像。
2018-01-16 physics.optics quant-ph
X-ray image reconstruction from a diffraction pattern alone
散射反演问题的解决方案将提供无像差的衍射限制的3D图像，而没有基于透镜的层析成像系统的分辨率和景深限制。强大的算法正越来越多地被用来充当镜头来形成这样的图像。然而，目前的图像重建方法，需要的对象的形状和低空间频率的知识，在实验中必然会丢失。因此，衍射成像先前已被用于增加通过其它手段获得的图像的分辨率。我们在这里实验证明了一种新的反演方法，它重建的对象的图像，而不需要任何这样的先验知识。
2003-09-12 cond-mat physics.data-an physics.optics
