Computational refocusing in phase-resolved confocal microscopy
本文提出一种基于合成光学全息术的相干共焦激光扫描显微镜数值重聚焦方法，通过对复信号进行计算传播，可从不同焦平面偏移数据中恢复聚焦图像，适用于高度变化大的样品及共焦光学表面轮廓测量。
2024-11-12 physics.optics
Confocal structured illumination microscopy for super-resolution imaging: theory and numerical simulations
针对超分辨结构照明显微镜参数估计易出错的问题，提出基于共聚焦原理的SR-CSIM，无需参数估计，数值模拟表明其分辨率与SR-SIM相当且伪影更少。
2025-02-26 physics.optics
A versatile dual spot laser scanning confocal microscopy system for advanced fluorescence correlation spectroscopy analysis in living cell
提出了一种基于两个独立测量体积的荧光相关光谱系统。详细介绍了光学设置和数据采集硬件，以及控制测量体积的位置，大小和形状的完整协议。提出了一种允许独立地监测激发和收集效率分布的方法。最后，利用静态和/或扫描方案中的两个点的测量的几个例子，报告。
2009-07-29 physics.optics
Self-supervised learning for multiplexing super-resolution confocal microscopy
本文提出一种自监督学习方法，将单色衍射受限共聚焦图像转换为多色超分辨输出，无需配对训练数据或硬件改造，并验证了其在固定和活细胞双色及三色成像中的有效性。
2025-08-18 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
Development of novel one-shot full-field surface profilometer using chromatic confocal microscopy
提出了一种基于衍射的彩色共焦显微术和面扫描光谱传感的全视场表面轮廓测量系统。采用归一化互相关算法建立了能谱-深度响应曲线。单个表面深度的测量重复性可控制在120纳米以内。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous plane illumination and detection in confocal microscopy using a mode-selective photonic lantern
Polytechnique Montréal（蒙特利尔理工学院）；Castor Optics（卡斯托光学）；Peregrine Photon（游隼光子）；Université de Montréal, Institute of Biomedical Engineering（蒙特利尔大学生物医学工程学院）
本文提出利用模式选择性光子天线实现共聚焦显微镜的同时平面照明与检测，通过多模式空间分割复用实现多平面高通量成像，同时牺牲部分分辨率和视野。
2026-04-02 physics.optics
Twin-Photon Confocal Microscopy
最近引入的具有相关检测的双通道共焦显微镜承诺通过使用光子相关性在横向空间分辨率上提高高达50%[Simon，Sergienko，Optics Express { \bf 18}，9765（2010）]。在这里，我们以不同的方式实现类似的结果，引入三重共焦相关显微镜，利用光学参量放大器中存在的相关性。它是基于紧聚焦泵辐射到一个薄的样品定位在前面的非线性晶体，其次是符合检测信号和空闲光子，每个聚焦到一个针孔。这种方法提供了进一步的分辨率增强共聚焦显微镜。
2010-09-01 physics.optics quant-ph
The physical origins of extreme cross-polarization extinction in confocal microscopy
共聚焦显微镜是固体物理学和纳米光子学中生物系统的重要成像工具。使用共焦显微镜允许进行共振荧光实验，其中发射的光具有与激发激光相同的波长。这些具有挑战性的实验是在线性交叉偏振条件下进行的，拒绝来自探测器的激光。在这项工作中，我们发现的物理机制，是在起源尚未解释的高偏振抑制比，使这些测量成为可能。我们在实验和理论上都表明，在起偏器和检偏器之间放置一个反射面（即分束器和反射镜），并结合共焦装置，可以解释10^8及以上的巨大交叉偏振消光比。我们映射了偏振高斯光束的模式变换。我们发现在交叉偏振条件下的反射光束的强度“孔”。我们将其解释为Imbert-Fedorov效应的表现，该效应使光束根据其偏振螺旋度而偏离。这意味着这种拓扑效应在这里被放大，从通常观察到的纳米到微米尺度，由于我们的交叉偏振暗场方法。我们针对各种市售镜子和偏振元件证实了这些实验结果，从而使其能够在许多实验中实际实施。
2020-07-08 physics.optics
Confocal Subsurface Backscattering Microscopy for Optical Identification of Nanoscale Threading Dislocations in SiC Substrates
Chung Yuan Christian University（中原大学）；National Central University（中央大学）；WAFER WORKS（晶圆工厂）
针对SiC晶圆中高密度穿透位错难以被商业检测系统识别的问题，本文开发了共焦亚表面背向散射显微镜，利用共焦滤波暗场配置和应变诱导光弹机制，实现了高对比度、高分辨率的位错成像，并能区分位错类型。
2026-06-03 physics.optics
Optical-resolution photoacoustic microscopy by use of a multimode fiber
我们演示了光学分辨率光声显微镜（OR-PAM），其中光场聚焦和扫描使用数字相位共轭（DPC）通过多模光纤。使用数字装置在整个视场中扫描焦点，并且由换能器收集感应的声学信号。获得了由两个吸收线制成的结的光学分辨率光声图像，并且我们报告了在201μm × 201 μ m的视场内分辨率小于1.5μm。使用多模光纤的光学激励部分可以铺平道路的微型内窥镜，可以提供光学分辨率的光声图像在大的光学深度。
2013-04-18 physics.optics
Light tailored by multimode fiber for multiphoton fluorescence microscopy
本研究提出将高斯光束注入石英渐变折射率多模光纤生成仅含方位角不变导模的光束，该极简低成本方法有效提升了双光子显微镜的轴向分辨率。
2024-04-23 physics.optics
Methods to calibrate and scale axial distances in confocal microscopy as a function of refractive index
三维共焦显微镜中精确的距离测量对于定量分析、体可视化和图像恢复具有重要意义。然而，轴向距离可能被点扩散函数和样品与浸没液体之间的折射率失配所扭曲，这是难以分离的。此外，在共焦显微镜的轴向距离的精确校准仍然很麻烦，虽然存在几个高端的方法。在本文中，我们提出了两种方法来校准轴向距离的三维共焦显微镜，既准确，易于实现。用这些方法，我们测量了轴向缩放因子作为高孔径共焦显微镜成像的折射率失配的函数。我们发现，我们的比例因子几乎完全线性依赖于折射率，并且它们与考虑光的全部矢量特性的理论预测非常一致。然而，与使用（高角度）几何光学的理论预测有很大的偏差，该理论预测的比例因子要低得多。作为说明，我们测量了点扫描共聚焦显微镜的点扩散函数，并表明折射率匹配的微米尺寸的球形物体由于该PSF而仍然显著伸长，这证实了单个微米尺寸的球体并不适合于确定精确的轴向校准或轴向缩放。
2014-04-15 cond-mat.soft physics.optics
Video-rate large-scale imaging with Multi-Z confocal microscopy
大尺度上的快速体积成像一直是生物显微镜的长期目标。荧光共聚焦显微镜等扫描技术可以以高分辨率和高速度采集2D图像，但将采集扩展到不同深度的多个平面需要轴向扫描机制，这会大大降低采集速度。为了解决这一挑战，我们报告了共聚焦显微镜的增强变体，其中的关键创新包括使用一系列轴向分布在检测平面中的反射针孔，每个针孔探测样品内的不同深度。由于不涉及轴向扫描机制，我们的技术提供了同时多平面成像的视野大于一毫米的视频速率。我们证明了我们的技术的一般适用性，秀丽隐杆线虫和小鼠大脑在体内的神经元成像。
2018-11-16 physics.bio-ph physics.optics
Funnelling super-resolution STED microscopy through multimode fibres
Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；Institute of Scientific Instruments of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院科学仪器研究所）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；University Hospital Jena（耶拿大学医院）；Weatherall Institute of Molecular Medicine, University of Oxford（牛津大学韦瑟尔分子医学研究所）；Jena Center for Soft Matter（耶拿软物质中心）
本研究通过多模光纤结合相关性，实现了超分辨率STED显微镜的亚微米分辨率提升，突破了传统成像的深度限制。
2025-12-23 physics.optics
Confocal structured illumination microscopy
本文提出共聚焦结构光照明显微镜（CSIM），将共聚焦成像概念引入光学切片结构光照明显微镜，利用双摄影原理分离共轭与非共轭信号，以提升成像信噪比和深度。
2024-05-24 eess.IV physics.optics
Spatial heterodyne scanning laser confocal holographic microscopy
提出了一种空间外差探测的扫描激光共焦全息显微术。空间外差探测技术采用马赫-曾德尔干涉仪，参考光的频率相对于物光的频率通过两个声光调制器（AOM）移动。与传统的每个扫描点采集数百个时间样本以获得复杂信号的时间外差检测技术不同，空间外差检测技术利用典型线扫描共聚焦显微镜或点扫描共聚焦显微镜一维慢扫描中振镜扫描提供的线性时空关系产生空间干涉条纹，从而与传统的时间外差对应物相比，在相同照明下显著降低了采样速率并增加了信噪比。建议的空间外差检测方案适用于线扫描和点扫描共焦显微镜。在本文中，我们提出了空间外差检测方法的数学原理和实验方案的线扫描和点扫描共焦显微镜。计算机实验证明了这一思想的有效性。提出的空间外差扫描激光共焦全息显微镜（SH-SLCHM）在传统扫描激光共焦显微镜（SLCM）的基础上，在不增加光学和电子设计复杂度的前提下，可以同时获得物场的振幅和定量相位信息。SH-SLCHM可以在光学计量、体内组织成像和眼科成像中找到应用。
2016-10-11 physics.ins-det physics.optics
Super-resolved FRET imaging by confocal fluorescence-lifetime single-molecule localization microscopy
基于FRET的方法是用于感测（生物）分子的直接环境和相互作用的独特工具。FRET成像和FLIM（荧光寿命成像显微镜）使分子相互作用和功能状态的空间分布可视化。然而，传统的FLIM和FRET成像提供了衍射限制体积内的分子系综的平均信息，这限制了所观察到的信号的空间信息、准确性和动态范围。在这里，我们展示了一种方法，以获得超分辨FRET成像的基础上，使用商业时间分辨共聚焦显微镜的早期原型的单分子定位显微镜。使用荧光探针的DNA点累积用于纳米尺度形貌成像（DNA-PAINT）提供了与通常的共聚焦显微镜的扫描速度兼容的背景减少和闪烁动力学的合适组合。一个单一的激光被用来激发供体，一个宽的检测带被用来检索供体和受体的发射，和FRET事件检测寿命信息。
2022-11-28 physics.bio-ph physics.optics
Accessible quantitative phase imaging in confocal microscopy with sinusoidal-phase synthetic optical holography
我们提出了一个技术上简单的实现定量相位成像的共焦显微镜的基础上合成光学全息与正弦相位参考波。使用Mirau干涉物镜和低振幅垂直样品振动与压电控制的阶段，我们记录合成全息图的商业共焦显微镜（尼康，型号：A1 R;蔡司：型号：LSM-880），从定量相位图像重建。我们通过宫颈癌（HeLa）和卵巢癌（ES-2）细胞和干细胞（mHAT 9a）样本的免染色成像来展示我们的技术。我们的技术有可能通过提供无标记的细胞发现，监测细胞形态，以及基于定量相差的活细胞的非扰动长时间观察来扩展共聚焦显微镜中的荧光成像应用。
2019-04-01 physics.bio-ph physics.optics
Confocal Raman Microscopy with Adaptive Optics
本研究首次将自适应光学引入共焦拉曼显微镜，采用光流控透射式空间光调制器的无波前传感器方案抵消像差，可无缝适配商用显微镜无需硬件改造，实验实现最高3.5倍信号增强，为生物无标记分子研究提供了基础。
2024-09-13 physics.app-ph physics.optics
Innovative full-field chromatic confocal microscopy using multispectral sensors
建立了一种基于多光谱传感器的全视场彩色共焦显微镜，用于准一次显微三维表面测量。一种创新的光学配置采用数字微镜器件（DMD）和多光谱传感器，用于实现全视场区域扫描的彩色共焦显微镜。在光学设计中，为了满足测量要求，专门设计了面扫描型色散物镜。基于8倍色散物镜，一次测量的视场可达到1.8mm*1.3mm，沉浸于显微轮廓术。由多光谱传感器在每个针孔位置处捕获的光谱图像具有对应于其共轭测量深度的唯一光谱图案。提出了一种归一化互相关（NCC）算法，建立光谱-深度响应曲线及其对应的光谱模式集，用于精确重建被测表面三维轮廓。通过对标准靶的实际测试，对单个表面深度的测量重复性小于0.6微米。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics
Artificial confocal microscopy for deep label-free imaging
本文提出人工共聚焦显微术（ACM），通过定量相位成像与卷积神经网络将无标记相位图像转换为荧光图像，实现未标记样本的共聚焦级深度层切，并用于神经元、肝癌球体成像及细胞核分割与干质量测量。
2021-10-28 physics.bio-ph physics.optics
Characterization of resonator using confocal laser scanning microscopy and its application in air density sensing
本文采用共聚焦激光扫描显微镜表征氮化硅跑道形波导谐振器，测得高有载Q因子，并利用气压导致的谐振波长偏移实现空气密度传感。
2024-09-07 physics.atm-clus physics.ins-det physics.optics
Detectorless 3D terahertz imaging: achieving subwavelength resolution with reflectance confocal interferometric microscopy
本研究提出基于共焦架构、采用量子级联激光器收发一体的单像素太赫兹成像系统，结合激光反馈干涉检测大幅提升横纵分辨率，可快速采集幅相图像并实现亚波长级3D成像，为无损材料检测提供新方案。
2025-03-20 physics.optics
Structured illumination microscopy with extended axial resolution through mirrored illumination
宽视场荧光显微镜，虽然比共聚焦显微镜快得多，但缺乏光学切片和轴向分辨率差。3D结构照明显微镜（SIM）已被证明提供光学切片，并增加一倍的横向和轴向可实现的分辨率，但即使这样的轴向分辨率仍然是比未修改的宽场检测的横向分辨率差。使用两个高数值孔径物镜的干涉测量方案，如4Pi共焦和I5 S显微镜，已经提高了轴向分辨率，超过了横向分辨率，但代价是光学设置要复杂得多。在这里，我们研究了一种更简单的双物镜方案，我们建议可以轻松地将其添加到现有的3D-SIM显微镜中，使用传统荧光团提供超过125 nm的横向和轴向分辨率。
2018-10-10 physics.optics
Hair-thin confocal fluorescence endo-microscopy for deep-brain in-vivo imaging
Institute of Scientific Instruments of the CAS（捷克科学院科学仪器研究所）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；Institute of Biophysics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院生物物理研究所）；Institute of Applied Optics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学应用光学研究所）
利用超细光纤内窥镜实现类似共聚焦的荧光成像，提升活体大脑深部结构和钙信号的成像性能。
2025-12-22 physics.optics q-bio.NC
Confocal super-resolution microscopy based on a spatial mode sorter
空间分辨率是成像系统最重要的性能指标之一。量子参数估计理论的最新结果表明，通过使用空间模式分类器，可以有效地确定两个非相干点源之间的任意小距离。然而，由于多参数估计问题的内在复杂性，将此过程扩展到由许多不相干点源组成的一般对象仍然具有挑战性。在这里，我们推广Richardson-Lucy（RL）反卷积算法来解决这一挑战。我们模拟其应用程序的非相干共聚焦显微镜，与Zernike空间模式分选机取代针孔在传统的共聚焦显微镜。我们测试不同的空间不相干的任意几何形状的对象，我们发现，基于分选的显微镜的分辨率增强平均超过30%，高于传统的共聚焦显微镜使用标准的RL反卷积算法。我们的方法可能被用于不同的应用，如荧光显微镜和天文成像。
2021-04-01 eess.IV physics.optics quant-ph
Dynamic structured illumination for confocal microscopy
提出在共聚焦显微镜中引入旋转掩模进行时间周期调制，通过滤波各谐波频率构建多图像并收集高空间频率，从而提升空间分辨率。
2023-06-26 physics.app-ph physics.optics
Deep-3D Microscope: 3D volumetric microscopy of thick scattering samples using a wide-field microscope and machine learning
共聚焦显微镜是获得具有高轴向和横向分辨率的样品体积图像的标准方法，特别是在处理散射样品时。不幸的是，与传统显微镜相比，共焦显微镜相当昂贵。此外，共焦系统中的点扫描由于激光能量的高剂量而导致成像速度慢和光漂白。在本文中，我们展示了如何利用机器学习的进步来“教”传统的宽视场显微镜，每个实验室都可以使用的显微镜，以产生像共焦一样的3D体积图像。其关键思想是使用宽视场显微镜获得具有不同焦点设置的多个图像，并使用基于3D生成对抗网络（GAN）的神经网络来学习使用宽视场获得的模糊低对比度图像堆栈与使用共焦获得的清晰高对比度图像之间的映射。在用宽场共焦图像对训练网络之后，该网络可以可靠且准确地重建3D体积图像，其在横向分辨率、z切片和图像对比度方面与共焦相媲美。我们的实验结果表明，泛化能力，以处理看不见的数据，稳定的重建结果，高空间分辨率，即使成像厚（$\sim40$微米）高度散射的样品。我们相信，这种基于学习的显微镜有可能为每个拥有宽视场显微镜的实验室带来共焦质量成像。
2021-10-14 physics.bio-ph physics.optics
High-resolution label-free imaging of tissue morphology with confocal phase microscopy
无标记成像方法试图简化和增强组织病理学评估，取代目前的染料染色的做法，以可视化组织形态与定量光学测量。定量相位成像（QPI）使用可见光/UV光操作，因此提供与当前实践相匹配的分辨率。在这里，我们介绍和展示共焦QPI的组织切片的无标记成像，并评估其效用手动组织病理学检查。成像癌和正常相邻的人类乳腺和前列腺，我们表明，组织结构组织可以解决与传统的H&E染色的高空间细节。我们的共焦QPI图像被发现是免费的光晕，解决了这个常见的问题QPI。我们进一步描述和应用基于时域有限差分法（FDTD）计算的虚拟成像系统，定量比较共焦与宽场QPI方法，并使用数值组织模型探索性能限制。
2020-03-06 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Versatile high-speed confocal microscopy using a single laser beam
提出了一种新型的柔性高速激光扫描共聚焦显微镜及其通过像散粒子跟踪装置（APTV）的扩展。许多标准的共焦显微镜使用单个激光束以相对低的总帧速率扫描样品，或者使用多个激光束同时扫描样品并实现高的总帧速率。单光束共焦显微镜通常采用点探测器获取图像。为了实现高的整体帧速率，我们在标准2D探头扫描单元旁边使用第二个2D扫描单元，将图像直接投影到2D CCD传感器上（重新扫描配置）。仅使用单个激光束消除了串扰，并导致成像质量与帧速率无关，横向分辨率为0.235 \unit{μm}。这里描述的设计适合于高帧速率，即，帧速率远高于视频速率（全帧），高达32kHz的线速率。激光聚焦在样品中任何点上的停留时间（122 ns）明显短于标准共焦显微镜（毫秒或微秒级）。这种短的停留时间减少了荧光分子的光毒性和漂白。新的设计提供了更大的灵活性，便于与其他光学方法耦合。该装置可以很容易地通过APTV设备扩展以测量三维动态，同时能够显示高分辨率的共焦结构。因此，可以使用与APTV数据集同步的高分辨率共焦信息。
2019-12-13 cond-mat.soft physics.optics
Probing intracellular mass density fluctuation through confocal microscopy: application in cancer diagnostics as a case study
细胞内结构改变是几种疾病状况和治疗方式的标志。然而，量化这些变化的可靠方法很少。鉴于此，我们介绍了一种新的方法来量化生物细胞的结构变化，通过广泛使用的共聚焦显微镜。这种新方法采用细胞的光学本征函数定位特性，并在一个单一参数中，根据纳米至微米尺度的细胞内质量密度波动来量化结构改变的程度。这种方法允许一个强大的方式来比较变化的结构在异质细胞介质中，无论起源的原因。作为一个案例研究，我们证明了它在癌症检测与乳腺癌和前列腺癌的情况下，不同的致瘤性水平的适用性。该技术为基于共聚焦的研究增加了新的维度，在从疾病诊断到治疗研究（例如患者预后和评估生存潜力）等领域具有潜在的重要应用。
2015-12-29 physics.bio-ph physics.optics q-bio.CB
Learning to Reconstruct Confocal Microscopy Stacks from Single Light Field Images
University of Bern（伯尔尼大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
我们提出了一种新的深度学习方法来从单个光场图像重建共焦显微镜堆栈。为了执行重建，我们引入了LFMNet，这是一种受U-Net设计启发的新型神经网络架构。它能够在50 ms内以高精度重建112 x 112 x 57.6 $μm^3$体积（1287 x 1287 x 64体素），给出1287 x 1287像素的单个光场图像，从而在相同的体积分辨率下将共焦扫描测定的时间显著减少720倍，并将所需存储量减少64倍。为了证明在生命科学中的适用性，我们的方法进行了定量和定性评价与荧光标记血管的小鼠脑切片。由于扫描时间和存储空间的大幅减少，我们的设置和方法直接适用于实时体内3D显微镜。我们提供的光学设计，网络架构和我们的训练过程的分析，以最佳地重建体积为一个给定的目标深度范围。为了训练我们的网络，我们建立了一个362个小鼠脑血管光场图像的数据集和相应的3D共聚焦扫描的对齐集，我们将其用作地面实况。这套数据将用于研究目的。
2020-03-24 cs.CV eess.IV physics.optics
Transient vibration imaging with time-resolved synthetic holographic confocal microscopy
介绍了一种基于合成光学全息的共焦显微动态相位成像新方法。通过将检测器信号时间解复用成一系列全息图，我们在由光电检测器和数字化仪确定的带宽下直接在时域中记录时间分辨的相位图像。我们证明了我们的方法，在原子力显微镜悬臂梁与100 ns的时间分辨率的瞬态振动的光学成像，并观察与宽带机械脉冲激发后的悬臂梁表面的动态变形。在4.2分钟内获得的单个数据集的时间傅立叶变换产生所有激发的面外振动模式的频率和模式分布，具有亚皮米的垂直灵敏度和亚微米的横向分辨率。我们的方法有可能在纳米和皮秒尺度的时间分辨率的微机械系统的瞬态和光谱振动成像。
2019-04-08 physics.app-ph physics.optics
Role of a Quarter-Wave Plate in Confocal Microscopy: Signature of Spin-Orbit Interactions
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；eyeo BV（eyeo有限公司）；attocube systems GmbH（attocube系统有限公司）
研究揭示四分之一波片在共聚焦系统中通过自旋-轨道相互作用显著重塑高斯光束横向结构，实现极化消光比提升和高斯光强分布转为 Hermite-Gaussian 类双峰模式，提出改进的 Jones 矩阵形式解释实验结果。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Chromatic Confocal Tomography
共聚焦显微镜是世界各地细胞研究实验室的支柱，但不幸的是，成像仅限于单个平面。彩色共焦显微镜提供了同时成像多个平面的可能性，从而提供了成像速度的多方面增加，同时消除了对z轴扫描的需要。标准的彩色共焦系统具有几百微米量级的有限成像范围，这限制了它们的应用。在这项工作中，使用一个单一的硒化锌透镜，我们展示了一个彩色共焦断层扫描系统，具有18毫米的成像范围与平均横向分辨率为2.46微米和另一个系统与1.55毫米的成像范围与0.86微米的平均横向分辨率。这样做，我们已经把彩色共焦系统的成像范围从微米到厘米制度，大约两个数量级的改进。所提出的方法可以是一个强大的工具，共聚焦成像的生物样品或工业样品的表面分析。
2022-01-28 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Optical image amplification in dual-comb microscopy by use of optical-fiber-amplified interferogram
双梳显微术（DCM）是一种基于双梳光谱（DCS）和二维光谱编码（2D-SE）相结合的无扫描共焦激光显微术，具有振幅和相位的共焦特性。然而，2D-SE光学系统中的信号损失由于降低的信噪比而阻碍了图像获取速率的增加。在这篇文章中，我们演示了在DCM与掺铒光纤放大器（EDFA）的光学图像放大。图像编码DCS干涉图与EDFA的结合使用不仅有利于幅度和相位图像的批量放大，而且还可以显著抑制放大的自发发射（ASE）背景。光学图像放大DCM的有效性突出在单次拍摄定量纳米级表面形貌和水对流下的聚苯乙烯珠动态的实时电影。该方法将是一个强有力的工具，实时观察表面形貌和快速动态现象。
2020-01-20 physics.optics
Quantitative phase imaging via a multimode fiber
本文提出并实验验证了一种基于多模光纤的非干涉、非迭代方法，实现高速高分辨率的无标记定量相位成像，为微创生命科学和生物成像应用开辟了新途径。
2024-07-05 physics.optics
Compound Super-oscillation Lens for Reflective Confocal Imaging
提出一种单复合超振荡透镜，无需额外透镜即可实现反射式共焦成像，兼具聚焦与集光功能，获得超高分辨率且无旁带，性能优于传统共焦显微镜与单一SOL。
2022-11-13 physics.optics
Laser Scanning Confocal Microscopy of Comet Material in Aerogel
本文提出利用三维激光扫描共聚焦显微术对星尘号返回的气凝胶中彗星物质进行非破坏性高分辨率成像与定量分析，并开发了三维图像配准和反卷积方法，为珍贵返回样品提供快速、非侵入的台式替代方案。
2023-08-06 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Multimode laser cooling and ultra-high sensitivity force sensing with nanowires
光诱导力可用于操纵和冷却振荡器的机械运动。当振荡器用作力传感器时，例如在原子力显微镜中，主动反馈是提高测量性能的诱人途径。在这里，我们展示了宽带多模冷却$-23$ dB下降到温度为$8 \pm 1$ ~K的固定制度。通过使用周期性的静止反馈冷却，我们表现出改善的信噪比的瞬态信号的测量。我们比较了真实反馈和数值后处理数据的性能，并表明这两种方法对力测量的信噪比都有类似的改善。我们实现了室温力测量灵敏度的$< 2\times10^{-16}$ N的积分时间小于$0.1$毫秒。高精度和快速力显微镜的结果将潜在的生物传感，分子计量学，亚表面成像和加速度计的应用。
2015-02-12 physics.optics
Hybrid photoacoustic/fluorescence microendoscopy through a multimode fiber using speckle illumination
我们提出了一个超薄的混合成像系统的基础上，多模光纤（MMF）和光纤水听器，结合光学分辨率光声和荧光显微镜。为了控制在MMF的远端尖端处的照明，数字调制装置调制耦合到MMF中的光学波前的振幅。一组预校准的散斑照明与重建算法相结合，使得位于光纤远端的样品的光声和荧光成像具有由数值孔径确定的光学分辨率。
2018-12-28 physics.optics
K-space interpretation of image-scanning-microscopy
本文通过k空间分析揭示相干图像扫描显微术等效于聚束合成孔径雷达和倾斜照明显微术，并数值证明可用单个k空间探测器实现ISM。
2023-01-11 eess.SP physics.app-ph physics.med-ph
Laser scanning reflection-matrix microscopy for label-free in vivo imaging of a mouse brain through an intact skull
我们提出了一种激光扫描反射矩阵显微镜相结合的激光焦点的扫描和宽场映射的电场的后向散射波消除高阶像差，即使在存在强烈的多次光散射噪声。与传统的共焦激光扫描显微镜，我们记录的振幅和相位图的反射波从样品不仅在共焦针孔，但也在其他非共焦点。这些额外的测量导致我们构建一个时间分辨的反射矩阵，与样品诱导的照明和检测路径的像差分别识别和校正。我们实现了在体反射成像的有髓轴突通过一个完整的头骨的活小鼠的空间分辨率接近理想的衍射极限。此外，我们证明了近衍射限制的多光子成像通过一个完整的头骨，通过物理校正从反射矩阵确定的像差。所提出的方法有望扩大应用范围，其中生物组织内部的详细微观信息的知识是至关重要的。
2019-10-08 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Confocal imaging from biphoton correlations
School of Physics and Astronomy, University of Glasgow（格拉斯哥大学物理与天文学学院）
本文利用纠缠双光子空间关联实现无针孔、无扫描的并行共聚焦切片，轴向分辨率比经典方法提升√2倍。
2026-10-01 physics.optics quant-ph
Focusing and imaging with increased numerical apertures through multimode fibers with micro-fabricated optics
在内窥镜应用中使用单个多模光纤有可能为显微镜和光学显微操作提供高度小型化和非侵入性的探针。最近已经提出了一些不同的策略，但是它们都遭受与多模光纤的低数值孔径相关的固有的低分辨率。在这里，我们表明，双光子聚合允许直接制造的光纤端的微光学元件，导致数值孔径增加到接近1的值。通过空间光调制器将光耦合到光纤中，我们能够在面向光纤另一端的扩展区域上光学扫描亚微米光斑（300 nm FWHM）。还展示了具有改进的分辨率的荧光成像。
2014-05-29 physics.optics
Confocal Raman microscopy inside sessile multicomponent droplets
本研究针对蒸发多组分液滴内部浓度梯度的高分辨率无标记测量需求，通过建模液滴折射引起的焦点偏移，提出改进的水平激光拉曼测量配置，实现了大接触角液滴三相接触线区域的分析，为液滴动力学研究和相关技术应用提供基础。
2025-06-30 physics.chem-ph physics.flu-dyn 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
Computationally image-corrected dual-comb microscopy with a free-running single-cavity dual-comb fiber laser
双梳显微镜（DCM），一个有趣的成像模式的基础上的光频梳（OFC）模式和图像像素一对一的对应关系，受益于无扫描全场成像和同步共焦振幅和相位成像。然而，由于复杂性和成本，两个完全频率稳定的OFC源的要求阻碍了DCM的实用性。本文采用双向单腔双梳状光纤激光器作为DCM低复杂度OFC光源。计算图像校正减少了由SCDCFL残余定时抖动引起的图像模糊。具有14.0 nm不确定度的纳米级台阶表面轮廓术突出了图像校正DCM的有效性。该方法增强了DCM的通用性和实用性。
2020-07-24 physics.optics
Spatiotemporal beam self-cleaning for high-resolution nonlinear fluorescence imaging with multimode fibres
梯度折射率（GRIN）多模光纤（MMF）中的光束自清洁（BSC）最近被不同的研究小组报道。在克尔效应和光束自成像的相互作用下，BSC抵消了随机模式耦合，迫使激光束在GRIN光纤输出端恢复准单模分布。在这里，我们表明，相关的自诱导时空重塑允许使用多模光纤的非线性荧光显微镜和内窥镜的性能提高。我们的实验表明，光束亮度的增加，引起的自清洁，使两个和三个光子成像的生物样品具有高的空间分辨率。时间脉冲的缩短伴随着空间光束净化，提高了输出峰值功率，从而提高了非线性成像的效率。我们还表明，时空超连续谱的产生是非常适合在可见光和红外域的大波段非线性荧光成像。我们证实了我们的研究结果，多光子荧光成像显微镜和内窥镜配置。
2020-10-19 physics.bio-ph physics.optics
Video-rate dual-modal forward-viewing photoacoustic and fluorescence endo-microscopy through a multimode fibre
本研究开发了一种基于多模光纤和高速数字微镜器件的视频率双模态前向视场光声与荧光内窥显微镜探针，通过波前整形实现高速高分辨率成像，并展示了其在微创医疗程序中的潜力。
2021-04-25 physics.med-ph physics.optics
High resolution, High contrast optical interface for defect qubits
晶体中的点缺陷为量子应用提供了重要的基础。为了初始化、控制和读出它们的量子态，需要一种用于利用光子寻址缺陷的有效光学接口。然而，传统的共焦荧光显微镜与高折射率晶体有限的光子收集效率和空间分辨率。在这里，我们展示了高分辨率，高对比度成像缺陷量子位使用微球辅助共聚焦显微镜。微球为点缺陷提供了一个极好的光学界面，具有放大的虚像，可将空间分辨率提高至~ $λ$ /5，并将光学信噪比提高4倍。这些功能使单独的光学寻址的单光子和单自旋的空间未解决的缺陷，在传统的共焦显微镜与改善的信号对比度。组合光镊显示定位或扫描微球的可能性，用于确定性耦合和宽场成像的缺陷。该方法不需要任何复杂的制造和额外的光学系统，但使用简单的显微光学现成的。从这些独特的优点的微球，我们的方法可以提供一个有效的方式成像和解决密集的缺陷，具有更高的分辨率和灵敏度。
2021-02-14 physics.optics quant-ph
Digitally synthesized beat frequency multiplexing for sub-millisecond fluorescence microscopy
荧光成像是揭示生物样品分子组成的最广泛使用的方法。然而，荧光探针的弱光发射以及成像速度和灵敏度之间的权衡对于获取快速现象的无模糊图像是有问题的，例如活细胞和组织中的亚毫秒生化动力学以及高速流动的细胞。我们报告了一种解决方案，实现实时像素读出速率比现代电子倍增器电荷耦合器件（EMCCD）-高速荧光成像技术的黄金标准快一个数量级。被认为是使用射频多路复用激发（FIRE）的荧光成像，这种方法使用数字合成光场的拍频将图像映射到射频光谱中。我们展示了在4.4 kHz的帧速率下静止细胞的衍射限制共聚焦荧光成像，以及在大约每秒50，000个细胞的吞吐量下流动的荧光显微镜。
2013-03-05 physics.optics
SOFISM: Super-resolution optical fluctuation image scanning microscopy
超分辨率光学显微镜是一个快速发展的科学领域，致力于对亚波长尺寸的物体进行成像，在生物学和技术的多个分支中留下了印记。虽然几种超分辨率光学显微镜方法已成为生命科学成像的常用工具，但由尖端技术支持的新方法不断涌现。一个相当最近除了超分辨率工具箱，图像扫描显微镜（ISM），实现了高达两倍的横向分辨率增强在一个强大的和简单的方式。为了进一步提高ISM在所有三个维度的分辨率，我们提出并实验证明在这里超分辨率光学起伏图像扫描显微镜（SOFISM）。在ISM架构中测量荧光波动对比度，我们获得了具有超过衍射极限的x2.5横向分辨率以及用市售量子点标记的固定细胞样品的增强轴向分辨率的图像。ISM技术的固有时间平均使得能够在毫秒级像素停留时间内获取波动相关对比度的图像。因此，SOFISM可以提供一个强大的路径，以实现高分辨率的图像在一个稍微修改的共聚焦显微镜，使用标准的荧光标记，并在合理的采集时间。
2020-03-07 physics.optics
