Stimulated Emission Depletion Microscopy with Color Centers in Hexagonal Boron Nitride
受激发射耗尽或STED显微术是一种成熟的超分辨率技术，但最终受到所选荧光团的限制。在这里，我们展示了STED显微镜与色心在纳米级薄片的六方氮化硼使用时间选通连续波STED。对于在580 nm附近具有零声子线发射的色心，我们测量了（5.5 $\pm$ 3.2）x $10^{-17} \mbox{cm}^{2}$的STED截面，实现了$\sim$ 50 nm的分辨率，并分辨了相隔250 nm的两个色心，这小于衍射极限。所实现的分辨率是有限的物镜（0.8）和可用的激光功率的数值孔径，我们预测，子10 nm的分辨率可以实现与油浸物镜，类似于国家的最先进的金刚石中的氮空位中心获得的分辨率。
2021-03-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
A unified framework for sensitivity comparison across stimulated Raman, stimulated Raman photothermal, and mid-infrared photothermal microscopy
Institute for Photon Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学光子科学研究所）；Department of Advanced Materials Science, The University of Tokyo（东京大学先进材料科学系）；RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子学中心）
建立统一理论框架，通过有效吸收系数和光热因子定量比较受激拉曼散射、中红外光热和受激拉曼光热显微镜的散粒噪声极限灵敏度，揭示各模态的优势来源。
2026-06-26 physics.optics
Shot noise limited high speed stimulated Raman microscopy
我们报道了一个散粒噪声限制的高速受激拉曼显微镜平台，允许以40 kHz的扫描速率在\SI{12}{\micro \second}中获得\SI{200}{\per \cm}上的分子振动光谱。使用光谱聚焦以及优化的声光可编程色散滤波器，所设计的低噪声成像平台执行动态过程的化学成像，例如Mandarin晶体水合作用，并达到足以在冷冻的人结肠组织载玻片上执行无标记组织学成像的信噪比。
2019-05-28 physics.bio-ph physics.optics
Stimulated Raman-induced Beam Focusing
本文研究高阶拉盖尔-高斯模式下受激拉曼散射对泵浦和斯托克斯光束振幅与相位的调制，揭示环形光束超分辨相干拉曼成像的局限性，并与受激发射损耗荧光显微术进行对比。
2024-05-23 physics.optics
Stimulated emission depletion microscopy with diamond silicon-vacancy centers
受激发射耗尽（STED）显微镜中的空间分辨率和荧光信号幅度受到可用荧光团的光稳定性的限制。在这里，我们表明，带负电荷的硅空位（SiV）中心的金刚石是很有前途的荧光团STED显微镜，由于其光稳定，近红外发射和有利的物理性能。利用自制的脉冲STED显微镜，在室温下对金刚石块体中浅注入的SiV心进行了成像。发现对于765-800 nm光的SiV受激发射截面为（4.0 +/- 0.3）x 10^（-17）cm ^2，其比带负电荷的金刚石氮空位中心的截面大大约2-4倍，并且接近常用的有机染料分子的截面。我们对孤立的SiV中心进行了STED显微镜检查，并观察到89 +/- 2 nm的横向半峰全宽光斑尺寸，受到低可用STED激光脉冲能量（0.4 nJ）的限制。对于5 nJ的脉冲能量，分辨率预期为~20 nm。我们表明，目前的显微镜可以解决SiV中心分离<150 nm，不能通过共聚焦显微镜解决。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.optics
Imaging of director fields in liquid crystals using stimulated Raman scattering microscopy
我们展示了一种无背景三维成像的方法，在液晶的指向矢场使用受激拉曼散射显微镜。该成像技术使用单个飞秒脉冲激光器和光子晶体光纤实现，提供访问分子的不同化学键的拉曼位移所需的斯托克斯和泵浦频率，并允许原始液晶和复合材料的化学选择性和宽带成像。使用模型的三维结构的导演字段的例子，我们表明，所描述的技术是一个强大的工具，通过极化的化学选择性成像映射的长程分子取向模式在软物质。
2017-01-18 cond-mat.soft physics.optics
High Sensitivity and Specificity Biomechanical Imaging by Stimulated Brillouin Scattering Microscopy
非接触式无标记生物力学成像是揭示生物系统力学特性的重要工具，在工程、物理、生物和医学领域发挥着关键作用;然而，它代表了显微镜的一个重大挑战。自发布里渊显微镜满足了这一挑战，但通常需要长的采集时间或缺乏高特异性，用于检测具有高度重叠布里渊频带的生物力学成分。我们开发了受激布里渊散射（SBS）显微镜，提供内在的非接触式生物力学对比，并在大型标本内生成机械横截面图像，具有高机械特异性和像素停留时间，比自发布里渊显微镜提高了10倍以上。我们在不同的生物学应用中使用SBS显微镜，包括活的野生型秀丽隐杆线虫咽部区域的高频复合纵向模量的量化，活蠕虫头部对渗透应力的高频粘弹性响应的变化的成像，以及发育中线虫的体内机械对比介观
2019-10-07 physics.bio-ph physics.optics
High-speed impulsive stimulated Brillouin microscopy
本文通过SNR建模与相位、参考功率、采集时间多参数优化，并结合Matrix Pencil数据处理，构建高速ISBS显微镜，实现亚毫秒单像素成像和毫米级透明样品的无标记三维机械识别。
2023-12-06 physics.optics
Phase-based stimulated emission depletion (pSTED) magnetic particle imaging
本研究借鉴STED显微原理，利用梯度场导致的谐波信号非线性相移构造环形焦点并从洛伦兹焦点中减除，使MPI焦点缩小至1/4并实现超分辨、超高灵敏成像。
2025-05-10 physics.med-ph physics.optics
Near-infrared-enhanced charge state conversion for low power optical nanoscopy with nitrogen vacancy center in diamond
从电荷态转换和受激发射两个方面对金刚石中氮空位心的近红外光泵浦物理进行了实验研究。我们发现，近红外激光可以帮助大大提高电荷态转换率，这可以应用于提高电荷态耗尽纳米显微镜的性能。利用环形可见光激光和高斯型近红外激光进行电荷态操纵，我们研制了一种低功率的NV中心电荷态耗尽纳米显微镜。空间分辨率为14 nm的实现与耗尽激光强度约三个数量级低于用于受激发射耗尽nanoscopy与NV中心。纳米显微镜具有高的空间分辨率和低的激光功率，可用于具有NV中心的纳米尺度量子传感。对电荷态转换的研究有助于进一步优化NV中心自旋态的初始化和探测。
2016-10-27 physics.optics
Impact of refractive index heterogeneity on stimulated Brillouin scattering microscopy: a quantitative analysis
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；European Molecular Biology Laboratory（欧洲分子生物学实验室）
研究探讨了折射率异质性对受激布里渊散射显微镜中增益测量的影响，通过有限元模拟和凝胶基质中聚二甲基硅氧烷珠的实验，发现折射率不匹配导致焦点场畸变，影响泵浦-探测光束重叠，从而降低布里渊增益和界面位移精度。
2026-03-07 physics.app-ph physics.optics
Single-laser stimulated Brillouin scattering microscopy
State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学光学工程學院极端光子与仪器国家重点实验室）；ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center, Zhejiang University（浙江大学紫金港全球科创中心）；Laboratory of Infrared Material and Devices, Advanced Technology Research Institute, Ningbo University（宁波大学先进技术研究研究院红外材料与器件实验室）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
研究针对受激布里渊散射显微镜频域实现的局限，提出用射频定义的单激光电光调制方法，由同一光载波产生泵浦光和探测光，通过电光边带设置频率差，实现高精度布里渊成像，为其提供新的概念和技术基础。
2026-07-09 physics.optics
Unsupervised Hyperspectral Stimulated Raman Microscopy Image Enhancement: Denoising and Segmentation via One-Shot Deep Learning
高光谱受激拉曼散射（SRS）显微术是一种用于生物医学和矿物学成像的无标记技术，其可能遭受低信噪比。在这里，我们演示了使用无监督深度学习神经网络对SRS图像进行快速自动去噪：UHRED（无监督高光谱分辨率增强和去噪）。UHRED能够一次性学习;只需要一张高光谱图像，不需要在先前标记的数据集或图像上进行训练。此外，通过将k均值聚类算法应用于处理后的数据，我们展示了自动的、无监督的图像分割，在没有样本先验知识的情况下，产生直观的化学物种图，如锂矿石样本所示。
2021-09-29 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Fiber laser based stimulated Raman photothermal microscopy with long working distance optics
提出基于光纤激光器的受激拉曼光热显微镜，利用长工作距离光学系统解决传统SRS设备庞大和样品受限问题，实现信噪比提升两个数量级，并将样品空间扩展至厘米级，为多样化应用提供稳健平台。
2025-04-28 physics.ins-det physics.optics
Electron and Light Induced Stimulated Raman Spectroscopy for Nanoscale Molecular Mapping
我们提出并理论分析了一种新的振动光谱，称为电子和光诱导受激拉曼（ELISR）散射，结合了高空间分辨率的电子显微镜与分子的表面增强拉曼光谱的灵敏度。利用ELISR，等离子体纳米粒子的电子束激发在衍射受限的泵浦激光器的存在下被用作光谱宽带但空间受限的斯托克斯光束。为了表征这种技术，我们开发了一个数值模型，并进行全场电磁模拟，以研究两种不同的纳米粒子的几何形状，纳米棒和纳米球，涂有拉曼活性材料。我们的研究结果表明，显着的（$10^6$ - $10^7$）受激拉曼增强，实现了双电子和光激发这些纳米粒子的几何形状。重要的是，电子显微镜的这种振动光谱的空间分辨率仅由纳米颗粒的几何形状和等离子体振子模式体积决定。我们的研究结果突出了ELISR的承诺，同时高分辨率电子显微镜与亚衍射限制拉曼光谱，补充超分辨率显微镜，相关光和电子显微镜，振动电子能量损失光谱的进展。
2020-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Super-resolution microscopy of single rare-earth emitters
利用受激发射耗尽（STED）显微镜对钇铝石榴石（YAG）晶体中的稀土单发射中心（三价铈）进行了超分辨成像。实现的全光学分辨率为$\approx$ 80 nm。对金刚石中的H3色心也得到了类似的结果，分辨力为$\approx$ 60nm。在这两种情况下，STED分辨率的提高比耗尽光束强度的平方根倒数慢。这是由激发态吸收（ESA）和发射体与其附近的非荧光晶体缺陷的相互作用引起的。
2017-10-04 physics.optics
Single-pulse Stimulated Raman Photothermal Microscopy and Direct Visualization of Cholesterol-rich Membrane Domains
Boston University（波士顿大学）
单脉冲受激拉曼光热显微镜实现对胆固醇丰富膜域的直接可视化，检测灵敏度显著提升。
2026-03-02 physics.ins-det physics.optics
Complementary Speckle STED Microscopy
本文提出一种使用互补散斑作为激发和耗尽光束的 STED 显微镜新方案，利用散斑中高密度的内在光学涡旋，在荧光微珠和生物样本上实现了空间分辨率增强，为超分辨三维成像提供了在时间分辨率和光漂白方面具有前景的稳健方法。
2025-03-04 physics.optics
Super-resolution deep imaging with hollow Bessel beam STED microscopy
受激发射耗尽（STED）显微镜已成为一个强大的成像和局部激发方法击败衍射障碍，提高横向空间分辨率在细胞成像，光刻等，由于受激发射引起的像差和散射失真，它一直是一个巨大的挑战，STED保持一致的横向分辨率深入内部的标本。在这里，我们报告了一个深成像STED显微镜使用高斯光束激发和空心贝塞尔光束耗尽（GB-STED）。所提出的方案显示了改进的成像深度，在固体琼脂糖样品中为~155μm，在PDMS中为~115μm，在脑组织中的灰质体模中为~100μm，具有一致的超分辨率，而标准STED显微镜在相同的成像深度下显示出显著降低的横向分辨率。结果表明，GB-STED具有良好的成像穿透能力，使其成为深三维成像光学纳米显微镜和激光加工的一种有前途的工具。
2015-12-01 physics.optics
Enhancing biomechanical stimulated Brillouin scattering imaging with physics-driven model selection
本文提出基于信息论和过拟合水峰阈值的物理驱动模型选择框架，用于区分单峰与多峰布里渊特征，并在NIH/3T3细胞受激布里渊散射成像中显著减少光谱伪影、提升频移量化精度。
2023-06-01 physics.bio-ph physics.optics
Super-resolved Second Harmonic Generation Imaging by Coherent Image Scanning Microscopy
我们扩展图像扫描显微镜二次谐波产生（SHG）通过提取二次谐波光束的复场振幅。虽然相干图像扫描显微镜（ISM）背后的理论是已知的，但实验演示尚未建立。主要原因是朴素的强度重新分配过程不能用于相干散射，因为点扩散函数现在是针对场幅度而不是针对强度定义的。我们使用一个内联干涉仪演示超分辨相敏SHG显微镜应用ISM重新分配机制上解决的领域。该方案可以很容易地扩展到三次谐波产生和受激拉曼显微镜方案。
2021-08-21 physics.optics
Resonant Scanning with Large Field of View Reduces Photobleaching and Enhances Fluorescence Yield in STED Microscopy
光漂白是超分辨受激耗尽发射（STED）显微术的一个主要限制。快速扫描一直被认为是一种有效的手段，以减少在荧光显微镜的光漂白，但仔细定量研究这个问题是失踪。在本文中，我们表明，在STED显微镜的光漂白速率减慢和荧光产率提高扫描高线速度，使我们定制的共振扫描STED显微镜的大视场。扫描速度对光漂白和荧光产率的影响在较高水平的耗尽激光辐照度下更为显著，并且在传统的共聚焦显微镜中几乎消失。当耗尽辐照度>0.2 GW $\cdot$ cm $^{-2}$（时间平均值）时，我们能够将Atto 647 N染料的荧光存活时间延长约80%，视野宽8倍。我们证实，STED光漂白主要是由耗尽光作用于激发的荧光团引起的。实验数据与理论模型一致。我们的研究结果鼓励进一步提高线性扫描速度，减少在STED显微镜的光漂白。
2015-01-18 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Theoretical study of laser intensity noise effect on CW-STED microscopy
受激发射耗尽（STED）显微镜的空间分辨率随样品标记技术和显微镜组件而变化，例如，激光器、透镜和光电探测器。损耗激光强度的波动会降低STED显微镜可达到的分辨率;波动越强，达到给定分辨率所需的平均强度就越高。这种现象在每次STED测量中都会遇到。然而，缺乏一个理论框架，评估强度波动对空间分辨率的影响。本文提出了一种分析配方的基础上的随机模型，其特征在于在连续波（CW）STED显微镜的损耗效率的激光波动和相关时间的影响。我们比较了分析结果与模拟使用广泛的强度噪声条件，并发现了高度的一致性。所使用的随机模型考虑了激光强度波动的色噪声分布。在小涨落和大涨落关联时间范围内，得到了简单的解析表达式。这些表达式与现有的实验数据拟合得很好。最后，这项工作提供了一个起点，在各种显微镜实现其他激光噪声效应建模。
2022-03-05 cond-mat.stat-mech physics.optics
Saturated absorption competition microscopy
我们介绍的概念，饱和吸收竞争（SAC）显微镜作为一种手段，提供亚衍射空间分辨率的荧光成像。与受激发射和自发发射之间的竞争后的过程中使用的受激发射耗尽（STED）显微镜，SAC显微镜打破了衍射极限，强调竞争前的过程中发生的荧光吸收阶段的方式，股份与基态耗尽（GSD）显微镜的相似性。此外，与STED和GSD显微镜不同，SAC显微镜仅利用单个连续波激光二极管和比STED小约20倍的照明强度，从而降低了复杂性和成本。我们的方法可以在共聚焦显微镜中物理实现，通过将输入激光源分成时间调制的主激发光束和甜甜圈形饱和光束，随后采用零差检测方案来选择调制的荧光信号。在这里，我们提供了SAC的物理化学模型，并通过概念验证实验证明了~ λ/6的横向空间分辨率。
2017-01-23 physics.bio-ph physics.optics
Optical far-field super-resolution microscopy using nitrogen vacancy center ensemble in bulk diamond
利用金刚石中的氮空位中心阵列作为近场光学探针，实现了光学远场超分辨显微术。通过检测氮空位中心的电荷态转换，测量了金刚石表面纳米结构的局域光场。利用电荷态耗尽纳米尺度实现了氮空位中心的定位，空间分辨率为6.1nm。金刚石表面上的纳米结构然后以低于光学衍射极限的分辨率成像。研究结果为建立通用光学超分辨显微镜提供了一种途径，也为氮空位中心的高空间分辨率量子传感提供了一个方便的平台。
2016-09-07 physics.optics
A new paradigm for parallelized STED microscopy
我们提出了一种新的设计多色，并行STED显微镜，能够多光束扫描。我们的设计是基于一个共同的可编程衍射光学元件，用于分裂，形状，并调整激发光束以及耗尽光束，和一个CCD相机的图像荧光从所有扫描光束同时。在这里，我们描述了一个原型实现的双光束STED基于我们的新设计，这可以很容易地推广到多色STED，与多达100个平行扫描光束给予足够的激光功率，和高速率STED成像与使用的高速响应多阳极光电倍增管检测器。
2015-04-20 physics.optics
Yellow stimulated emission from Dy$^{3+}$-doped silica glass microspheres
本研究通过光纤熔接制备Dy³⁺掺杂二氧化硅玻璃回音壁模式微球，表征其形貌与离子分布，经倏逝场泵浦观测到黄色受激发射，为可见光窄线宽光源提供新途径。
2025-01-17 physics.optics
Super-pupil beam engineering for enhanced confinement of azimuthally polarized depletion beams
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
本文提出了一种基于超孔径工程原理的 azimuthally 极化环形消光束，通过优化入瞳径向振幅分布，实现了更紧密的中心环形结构，提升了荧光消光显微镜的横向分辨率。
2026-09-22 physics.optics
Detection of Proteoglycan Loss from Articular Cartilage using Brillouin Microscopy, with Applications to Osteoarthritis
骨关节炎（OA）是引起中老年人疼痛和残疾的主要原因，其关节软骨（AC）的变性是OA的主要表现。软骨细胞外基质（ECM）的早期疾病相关变化始于蛋白聚糖（PG）的耗竭，导致组织水合作用和渗透性增加。这些早期成分变化很小（<10%），因此难以用传统的非侵入性成像技术（磁共振和超声成像）进行记录。在这里，我们应用布里渊显微镜检测猪AC的机械性能和组成的变化。OA样降解是模仿酶组织消化，我们比较布里渊显微镜测量对组织学染色的PG消耗在不同的消化时间和酶浓度。布里渊成像技术的非破坏性特性为创建用于OA诊断和治疗监测的微创关节镜器械开辟了新的途径。
2018-12-06 physics.bio-ph physics.optics q-bio.TO
Statistical estimation theory detection limits for label-free imaging
本文构建统计估计理论统一框架，利用 Fisher 信息与 CRLB 量化多种无标记显微模态的信号检测与参数估计极限。
2024-05-07 physics.bio-ph physics.optics
Label-free Imaging of Single-Biomolecule Structure and Interaction by Stimulated Raman Photothermal Encoded Scattering
Boston University（波士顿大学）；Stowers Institute for Medical Research（斯图沃医学研究所）；University of Washington（华盛顿大学）；Northeastern University（东北大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Emory University（埃默里大学）；University of Virginia School of Medicine（弗吉尼亚大学医学院）；Howard Hughes Medical Institute（霍华德·休斯医学研究所）
本文提出了一种无需荧光的单生物分子结构和相互作用成像方法，利用受激拉曼光热编码散射技术，实现了化学特异性成像和蛋白质质量及二级结构的区分。
2026-04-09 physics.bio-ph physics.optics
Quantum-Enhanced Stimulated Brillouin Scattering Spectroscopy and Imaging
本研究首次利用低功率连续波激光器和铷原子蒸气产生的双模压缩光，实现量子增强受激布里渊散射，信噪比提升3.4 dB，为生物和材料科学的光谱与成像应用提供高灵敏度新方案。
2022-07-14 physics.optics quant-ph
Mid-wave infrared photothermal microscopy for molecular and metabolic imaging in deep tissues and spheroids
Boston University（波士顿大学）
中波红外光热显微镜通过亚微米分辨率实现深部组织和肿瘤球形体中分子和代谢成像，利用碳-氘键过倍吸收技术提升对比度与深度分辨能力。
2026-03-06 physics.optics
Stimulated emission does not radiate in a pure dipole pattern
本研究通过非共线探测配置实验，发现受激发射并非以纯偶极模式辐射，澄清了其辐射特性的关键问题，为显微镜设计、光学冷却等应用提供了依据。
2024-03-06 physics.app-ph physics.optics
Brillouin Gain Microscopy
本文提出布里渊增益显微术（BGM），通过高灵敏度检测力学对比频率处的布里渊增益，将时间分辨率提升200倍，实现材料、活体生物和细胞的高光谱时空分辨率力学成像。
2023-06-01 physics.bio-ph physics.optics
Ultralow-Noise Optical Parametric Amplifier for Stimulated Raman Scattering Imaging
本文提出一种40 MHz超低噪声光学参量放大器，调谐范围0.8-1 μm，噪声达散粒噪声底，输出功率>1.5 W，并演示了其在受激拉曼散射成像中的应用。
2024-02-05 physics.app-ph physics.optics
Nanoscale resolution for fluorescence microscopy via adiabatic passage
我们建议使用的亚波长定位通过绝热通过技术的荧光显微镜在远场的纳米级分辨率。该技术使用相干耦合到两个激光脉冲的Λ型介质：在其空间分布中具有节点的泵浦和斯托克斯。除了在节点位置外，Λ系统的布居数从一个基态向另一个基态转移，产生一个窄的布居数峰.这种相干定位允许具有纳米横向分辨率的荧光成像。我们推导了一个解析表达式来评估分辨率，并与相干布居捕获和受激发射耗尽技术进行了比较。
2015-04-13 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
Ultrafast 4D scanning transmission electron microscopy for imaging of localized optical fields
本研究研发出无需电子光谱滤波的超快4D扫描透射电子显微镜，可成像光学近场横向分量，实现21nm分辨率下钨纳米尖端近场积分洛伦兹力与光学驻波有质动力势的成像，为纳米局域光场瞬态成像提供新手段。
2025-09-03 physics.ins-det physics.optics
Massive Parallelization of STED Nanoscopy Using Optical Lattices
受激发射耗尽（STED）显微镜的最新发展达到了纳米级的分辨率，在活细胞成像方面显示出巨大的潜力。然而，STED纳米显微镜技术是基于单点扫描。这构成了宽场成像的缺点，因为空间分辨率的增益需要密集的像素，因此需要长的记录时间。在这里，我们实现了大规模并行STED纳米显微镜使用宽场激发连同精心设计的光晶格耗尽和快速相机检测。大视场超分辨图像的获取需要在光晶格的单个单元格上扫描，该单个单元格可以小到290 nm* 290 nm。干涉STED（In-STED）图像分辨率为2.9 μm* 2.9 μm，分辨率可达70 nm，每秒12.5帧。这项技术的发展为快速宽场纳米显微镜开辟了许多前景。
2013-07-15 physics.bio-ph physics.optics
Super-Resolution Microscopy Based on the Inherent Fluctuations of Dye Molecules
本文提出一种基于染料分子固有微秒涨落和单光子雪崩二极管阵列的超分辨显微方法，无需工程调控闪烁统计，即可在共聚焦架构中实现三维和多色成像。
2024-08-07 physics.bio-ph physics.optics
Broadly tunable quantum-enhanced Raman microscopy for advancing bioimaging
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Danish Fundamental Metrology（丹麦基础计量）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）
本研究提出了一种量子增强的拉曼显微镜，通过幅度压缩光实现广谱可调，显著提升了生物成像的信噪比和灵敏度。
2026-03-10 physics.optics quant-ph
Quantum-optimal nonlinear microscopy with classical light
本研究提出了一种基于腔增强的SRS显微镜，通过经典光提升灵敏度，接近量子极限并证明量子态光并非必要。
2025-12-03 physics.app-ph physics.optics
Comparative study of microscopy methods to assess fish intestinal microvilli
本研究系统比较了多种光学、电子和力显微镜方法在鱼类肠道微绒毛成像中的表现，涵盖超分辨、衍射受限及无标记技术，以解析1-2微米至10-100纳米的结构特征。
2025-06-24 physics.med-ph physics.optics
Noise in stimulated Raman scattering measurement: From basics to practice
我们重新审视激光强度噪声的背景下，受激拉曼散射（SRS），这已被证明是一个关键的技术，以提供标记的生物和医学样品中的化学键的图像。与大多数显微镜技术相反，它检测由轻物质相互作用产生的弱光子通量，SRS是一种泵浦-探测方案，其在高通量状态下工作，并且在强激光场中作为弱调制（$10^{-4}-10^{-6}$）发生。因此，激光噪声是SRS探测中的关键问题。本实用教程为实验人员提供了评估传统基于锁定的SRS系统中的噪声量和最终SRS检测极限所需的工具。我们首先定义讨论强度噪声时相关的量，并通过光电二极管检测光的传统模型来说明它们。受激拉曼散射，然后在其锁定的基础上实现，并提出的模型是适应在这种特定的情况下。推导并讨论了系统的功率谱密度（PSD）、相对强度噪声（RIN）、信噪比（SNR）和灵敏度。两种互补的方法，允许测量的RIN和评估的SRS系统的性能。这种测量在两个商业激光系统上示出。最后，讨论了SRS中噪声的后果，并对未来的发展提出了建议。演示文稿是足够简单的本科毕业生，毕业生，和新人在受激拉曼领域，更普遍地在泵浦探测为基础的计划。
2019-10-28 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Nanoparticle-assisted STED nanoscopy with gold nanospheres
我们证明了受激发射耗尽（STED）显微镜与20 nm的金纳米球涂覆荧光二氧化硅。与先前的STED与混合等离子体荧光标记的演示相比，当前的实现提供了一个更小的标记和更好的分辨率提高高达2.5倍，超出共聚焦显微镜的衍射极限。这是在比仅基于染料的常规STED低约2倍的强度下并且在水性环境中实现的，证明了与生物成像的相关性。最后，我们还显示，在这种情况下，第一次在光漂白率降低3倍相比，标准的染料为基础的STED，从而使更明亮的图像。
2016-10-31 physics.bio-ph physics.optics
Analytical description of high-aperture STED resolution with 0-2$π$ vortex phase modulation
受激发射耗尽（STED）技术通过对荧光焦斑边缘的抑制，突破了光学衍射极限，实现了光学超分辨。以前，实验上普遍认为STED功率与分辨率之间存在平方根反比关系，但没有严格的解析描述。本文从矢量光学理论出发，对广泛应用的0-2 $π$涡旋相位调制器，分析了STED功率与可达分辨率之间的关系。计算了高数值孔径物镜焦区的电磁场，并将其近似为多项式，导出了分辨率与STED强度的解析表达式。因此，可以直接从染料的饱和功率和所施加的STED功率的测量来估计分辨率。
2013-02-07 physics.optics
Nonlinear focal modulation microscopy
在这里，我们报告的非线性焦点调制显微镜（NFOMM），以实现超分辨率成像。放弃了先前通过直接缩小（例如，最小化Airyscan，Zeiss中的检测针孔）或通过间接剥离其外部轮廓（例如，在逐点扫描的情况下，耗尽STED（受激发射显微术）中的外发射区，我们坚持更一般的基础--最大化系统频移能力。在NFOMM中，我们通过应用具有高强度照明的相位调制来实现非线性焦点调制，从而扩展用于重建超分辨图像的成像系统的有效空间频率带宽。NFOMM采用空间光调制器（SLM）来辅助图案调制逐点扫描，使系统成为单光束路径，同时在成像荧光纳米颗粒上实现60 nm的横向分辨率。在探索一个相对简单和灵活的系统时，NFOMM的成像性能与STED相当，如在成像核孔复合物中所证明的，表明NFOMM是生物学基础研究的合适的观察工具。由于NFOMM是作为现有激光扫描显微镜的附加模块实现的，并且易于对齐，我们预计它将被生物界迅速采用。
2017-11-04 physics.bio-ph physics.optics
Localization microscopy: a review of the progress in methods and applications
在这里，我们报告的分析和总结的研究领域的光学成像定位显微镜。我们介绍了PALM和STORM的超分辨定位显微镜方法的基本要素，通常在体内和体外使用，讨论了背景理论，仪器和计算算法的核心要素。我们讨论了光学显微镜的分辨率极限和数学框架定位荧光染料在空间超过这个限制，包括精度可获得的染料发出的光量的函数，以及它如何导致空间和时间精度之间的根本妥协。一个“好的染料”的属性进行了概述，是PALM和STORM超分辨率显微镜的功能和适应，可能需要进行实验协议，以执行本地化确定。我们简要分析了现代超分辨光学成像的一些方法，通过重塑点扩散函数，以及他们如何利用本地化显微镜方面，如受激损耗（STED）的方法和MINFLUX，并总结了现代方法，推动本地化到3D使用非高斯点扩散函数。我们报告了当前的本地化数据分析方法，包括确定2D和3D扩散常数，分子化学计量，并进行聚类分析与尖端技术，最后讨论如何使用这些技术，使重要的洞察到一系列的生物过程。
2021-02-24 physics.bio-ph physics.optics q-bio.SC
Controlling the non-linear emission of upconversion nanoparticles to enhance super-resolution imaging performance
上转换纳米粒子（UCNPs）具有独特的光学性质，如光发射稳定性，大的反斯托克斯位移和长的激发态寿命，允许在从生物医学传感到超分辨率显微镜的广泛应用中取得重大进展。近年来，纳米粒子合成的进展导致了许多策略的发展，以提高其上转换发光，特别是重掺杂的镧系离子和核壳结构的重点。在这篇文章中，我们研究了完全Yb基核壳UCNP的非线性发射特性及其对受激激发耗尽（STED）显微镜和超线性激发发射（uSEE）显微镜的超分辨率性能的影响。控制功率依赖的发射曲线使我们能够放松对掺杂浓度的约束，并降低访问子衍射制度所需的激发功率。我们利用这一特点，实现多路复用的超分辨率成像的两个样本的混合物。
2020-10-01 physics.app-ph physics.optics
Super-resolution Airy disk microscopy of individual color centers in diamond
超分辨率成像技术使纳米级显微镜在诸如物理学、生物学和化学等领域成为可能。然而，许多超分辨率技术需要专门的光学组件，例如螺旋相位掩模。我们提出了一种新的技术，超分辨率艾里光盘显微镜（SAM），可以在一个标准的共聚焦显微镜，没有任何专门的光学。我们证明了这种技术，结合基态耗尽，图像和控制氮空位（NV）中心在散装金刚石低于衍射极限。与衍射极限相比，分辨率提高了14倍以上，相当于1.3 NA显微镜在589 nm光下的空间分辨率为16.9（8）nm。我们利用我们增强的空间分辨率来控制单个NV中心的自旋状态，这些中心彼此分离小于衍射极限，包括共享相同取向的对，这些对与传统的电子自旋共振测量无法区分。
2022-05-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Endo-microscopy beyond the Abbe and Nyquist limits
几个世纪以来，远场光学显微镜一直是物理、化学和生物医学研究等许多科学学科的关键仪器。然而，远场成像有许多局限性：空间分辨率由光的光的衍射控制，成像速度遵循Nyquist-Shannon采样定理。超分辨率技术的发展突破了空间分辨率的极限。然而，这些方法通常需要复杂的设置、长的采集时间，并且仍然不适用于深层组织生物成像。在这里，我们报告成像通过一个超薄光纤探头的空间分辨率超过阿贝限制和时间分辨率超过奈奎斯特限制，同时在一个简单而紧凑的设置。我们利用多模光纤中模式耦合的随机性、稀疏性约束和压缩传感重构。超分辨率内窥镜的新方法不使用荧光标记的任何特定性质，例如分子荧光状态的耗尽或随机激活，因此可以用于无标记成像。我们证明了空间分辨率超过2倍优于衍射极限和成像速度比奈奎斯特极限快20倍。所提出的方法可以显着扩大纳米显微镜的应用领域的生物成像。
2020-01-24 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
High Spectral Energy Density All-Fiber Nanosecond Pulsed 1.7 $μ$m Light Source for Photoacoustic Microscopy
Pusan National University（釜山国立大学）；Duke University（杜克大学）；Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital（哈佛医学院和麻省总医院）
该研究开发了一款用于光声显微成像的高光谱能量密度全光纤纳秒脉冲1.7 μm光源，基于受激拉曼散射架构实现了高性能，经仿体与生物组织成像验证可用于脂质相关分子成像及临床诊断
2026-08-07 physics.optics
Fundamental precision limits of fluorescence microscopy: a new perspective on MINFLUX
本文提出一种多参数估计框架，通过引入亮度等未知参数评估单发射体定位精度，揭示了MINFLUX中精度提升的关键因素，并证明该方法适用于任意光学荧光显微镜方法的精度量化。
2023-06-28 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Fast biological imaging with quantum-enhanced Raman microscopy
本研究提出一种使用明亮压缩单束的量子增强受激拉曼散射显微镜，实现活细胞多光谱成像，速度达100×100像素/18秒，信噪比提升20%，解决了光损伤限制。
2024-03-15 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
