When Higher Resolution Reduces Precision: Quantum Limits of Off-Axis Interferometric Scattering Microscopy
本文利用量子费舍尔信息框架分析iSCAT倾斜照明下的三维定位精度，发现倾斜照明可提升每光子定位精度与离焦鲁棒性，而ROCS虽分辨率更高但定位精度更低，揭示分辨率与精度可呈相反趋势。
2025-11-05 physics.optics
Single virus fingerprinting by widefield interferometric defocus-enhanced mid-infrared photothermal microscopy
提出宽场干涉离焦增强中红外光热（WIDE-MIP）显微镜，实现单病毒的高通量指纹识别，揭示了病毒蛋白与核酸特征以区分DNA和RNA病毒。
2023-08-04 physics.bio-ph physics.optics
Cepstrum-based interferometric microscopy (CIM) for quantitative phase imaging
本研究提出基于倒谱的干涉显微术（CIM），通过空间偏移倒谱算法从偏移全息记录中恢复复振幅场，实现三倍视场的定量相位成像，并经实验验证了有效性。
2025-01-17 physics.optics
Intensity and Phase correction Enhanced interferometric scattering microscopy (iSCAT)
本文针对干涉散射显微镜对比度受限问题，建立了斜入射照明下强度与相位调制的对比度及非预期反射模型，并通过扫描校准相位图，无需旋转装置即可实现均匀对比度测量与增强。
2025-11-10 physics.optics
Precise characterization of nanometer-scale systems using interferometric scattering microscopy and Bayesian analysis
本文提出一种基于贝叶斯框架的干涉散射显微镜图像分析方法，通过建模干涉点扩散函数并结合哈密顿蒙特卡罗技术，精确推断纳米尺度系统的静态与动态特性。
2023-09-12 physics.optics
Long-range three-dimensional tracking of nanoparticles using interferometric scattering (iSCAT) microscopy
本文提出一种基于iSCAT显微术的稳健高效三维定位算法，将纳米颗粒追踪轴向范围从数百纳米扩展到数十微米，并实现对10 nm金颗粒在5 μs时间分辨率下的纳米级轴向定位。
2024-01-23 physics.optics
Spatially Multiplexed Interferometric Microscopy with one-dimensional diffraction grating
本文综述了采用一维衍射光栅的空间复用干涉显微镜（SMIM）技术，该技术仅需三处改动即可将标准明场显微镜改造为低成本、高稳定的全息显微镜，具备超分辨、反射式等多种成像功能。
2025-01-17 physics.optics
MAI-SIM: interferometric multicolor structured illumination microscopy for everybody
亚衍射分辨率、温和的样品照明和多种颜色成像的可能性使结构照明显微镜（SIM）成为特别适合活细胞观察的成像技术。在这里，我们提出了机器学习辅助干涉SIM（MAI-SIM），这是一种易于实现的多种颜色高速SIM成像方法。该仪器是基于干涉仪的设计，其中照明模式的产生，旋转，并通过一个单一的电流镜元件的运动在相位步进。该设计稳健、灵活，并且图案生成过程适用于所有波长。我们补充了干涉SIM的独特属性与机器学习工具箱，这是简单和有效的使用，优于现有的方法重建的仪器记录的超分辨率图像。该框架允许以多种颜色执行实时SIM重建，为用户提供超分辨率图像的即时可视化。我们展示了MAI-SIM在活体生物样本上的能力，并在大视场内同时捕获多种颜色的超分辨率图像。最后，我们采用完全开放的设计理念，将MAI-SIM的优势带给尽可能多的用户，并提供系统设计和软件的全部细节。
2022-06-01 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Photothermal Fourier-plane Phase Synchronization for Interferometric Scattering Microscopy
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Wuhan National Laboratory for Optoelectronics（武汉光电国家研究中心）；Institute of Photonics and Electronics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院光子学与电子学研究所）
本文提出傅里叶平面相位同步方法，通过光热相位板与激光扫描在高数值孔径显微镜中实现均匀相位，获得信号增强50%的近完美点扩散函数，并利用$π/2$相位同步抑制背景散斑，成功检测10 nm颗粒。
2025-11-09 physics.optics
The point spread function in interferometric scattering microscopy (iSCAT). I. Aberrations in defocusing and axial localization
该研究针对干涉散射显微镜（iSCAT）中点扩散函数的定量描述需求，提出iPSF矢量衍射模型，结合实验与FDTD模拟，证实可利用iPSF横向形状通过拟合或无监督机器学习实现10μm范围内纳米级三维定位，助力复杂介质中的单颗粒追踪。
2020-06-27 physics.optics
Defocus-integration Interferometric Scattering Microscopy for Speckle Suppression and Enhancing Nanoparticle Detection on Substrate
本文提出离焦积分 iSCAT 技术，利用纳米颗粒与基底表面起伏散射相位的对称性差异抑制散斑，将纳米颗粒探测信噪比提升 6.9 dB，并验证其对不同材料和基底折射率的普适性。
2024-02-26 physics.optics
Point spread function engineering for spiral phase interferometric scattering microscopy enables robust 3D single-particle tracking
针对iSCAT显微镜3D追踪中轴向移动时SNR快速振荡的问题，提出基于后瞳面工程的螺旋相位掩模策略，实现稳定SNR与增强的定位性能，并通过数值和实验验证了其在高速3D追踪等方面的应用。
2024-02-21 physics.optics
Blur resolved OCT: full-range interferometric synthetic aperture microscopy through dispersion encoding
提出了一种色散编码条件下全范围干涉合成孔径显微镜（ISAM）的计算方法。利用这一点，可以有效地将光学相干断层扫描（OCT）的深度范围扩大一倍，同时显著提高远离焦平面的空间分辨率。为此，我们提出了一种基于模型的迭代重建（MBIR）方法，其中ISAM直接被认为是在优化方法，我们发现稀疏促进正则化有效地恢复了全范围的信号。在这项工作中，我们采用了最佳的非均匀离散快速傅里叶变换（NUFFT）实现ISAM，这是快速和数值稳定的整个迭代。我们验证了我们的方法与几个复杂的样品，扫描与商业SD-OCT系统没有硬件修改。有了这个，我们都证明了全方位的ISAM成像，并显着优于现有方法的组合。
2020-01-31 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Simultaneous off-axis multiplexed holography and regular fluorescence microscopy of biological cells
我们提出了一种新的技术，用于获得同时多模态定量相和荧光显微镜的生物细胞，提供定量相成像和分子特异性，使用一个单一的相机。我们的系统是基于一个干涉多路复用模块，外部定位在光学显微镜的出口。与以前的方法相比，所提出的技术允许常规的荧光成像，而不是干涉离轴荧光成像。我们展示了成像荧光珠和活的生物细胞的技术。
2019-04-02 physics.optics
Measuring Nanoscale Torques with Cylindrical-Polarization-based Interferometric Scattering Microscopy
Institute of Photonics and Electronics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院光子学研究所）；Department of Physical Chemistry, University of Chemistry and Technology（布拉格化学技术大学物理化学系）；Salk Institute for Biological Studies（索尔克生物研究所）；Biophysics Program, Stanford University School of Medicine（斯坦福大学医学院生物物理学项目）
提出柱状偏振干涉散射显微镜(cypiSCAT)，通过编码各向异性散射体取向至点扩散函数，实现亚度角精度、微秒时间分辨率的纳米转子跟踪，并测量小至~1 pN nm的光诱导扭矩。
2026-06-16 physics.optics
Leveraging partial coherence in interferometric microscopy to enhance nanoparticle detection sensitivity and throughput
本研究系统表征部分相干性对干涉显微术中信号对比度和噪声的影响，通过调节相干度提高单纳米颗粒检测灵敏度与通量，并验证其在单蛋白检测中的适用性。
2025-03-31 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Fundamental bounds on the precision of iSCAT, COBRI and dark-field microscopy for 3D localization and mass photometry
干涉成像是一种新兴的粒子跟踪和质量光度测量技术。质量或位置从弱信号估计，从纳米粒子或单分子相干散射，并与共同传播的参考干扰。在这项工作中，我们进行了统计分析，并推导出下限的测量精度的参数的兴趣从散粒噪声有限的图像。这是通过计算经典的Cramér-Rao界的本地化和质量估计，使用一个精确的矢量模型的干涉成像技术。然后，我们推导出有效的任何成像系统的基础上，量子克拉美-拉奥形式主义的基本界限。这种方法可以对常用技术进行严格和定量的比较，例如干涉散射显微镜（iSCAT），相干散射场显微镜（COBRI）和暗场显微镜。特别是，我们证明了在iSCAT的光收集几何形状大大增加了轴向位置的灵敏度，和量子克拉美-拉奥界的质量估计产生最小的相对估计误差$σ_m/m=1/(2\sqrt{N})$，其中$N$是收集的散射光子的数量。
2021-06-20 physics.optics stat.AP
Unified simulation platform for interference microscopy
本文推出一个 Matlab 数值工具箱，用边界元法和全矢量成像模型统一仿真干涉散射、相干明场及暗场显微图像，并经实验验证，发现近布儒斯特角可增强对比度。
2024-05-13 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
Decrypting material performance by wide-field femtosecond interferometric imaging of energy carrier evolution
载能体的演变对材料性能至关重要。超快显微镜已被广泛应用于可视化的能量载体的时空演变。然而，由于极弱的瞬态信号，在纳米尺度上对少量能量载体进行直接成像仍然很困难。在这里，我们提出了一种超灵敏和高通量成像的能量载体的演变在空间和时间的方法。这种方法结合了飞秒泵浦探测技术与干涉散射显微镜（iSCAT），命名为Femto-iSCAT。干涉原理和独特的空间调制对比度增强将瞬态图像对比度提高了>2个数量级，并使新科学的探索成为可能。我们解决了三个重要的和具有挑战性的问题：不同的能量载体在各种接口，异质热电子分布和弛豫在单等离子体共振器，和不同的结构依赖的边缘态动力学的载流子和激子在光电半导体的运输。Femto-iSCAT作为一种通用工具，具有巨大的潜力，可以对能量载体在空间和时间中的演化进行超灵敏成像。
2022-05-25 physics.chem-ph physics.optics
Super-Resolution for Interferometric Imaging: Model Comparisons and Performance Analysis
Yildiz Technical University（伊兹迪克技术大学）；Marmara University（马尔马拉大学）
本研究针对全息显微镜的衍射分辨率限制问题，对比评估RCAN与Real-ESRGAN两种超分辨率模型在微颗粒数据集干涉图重建中的表现，明确二者的适用场景，为高精度领域成像技术改进提供参考。
2025-02-21 cs.AI physics.optics
Axial Profiling of Interferometric Scattering Enables an Accurate Determination of Nanoparticle Size
近年来，干涉散射（iSCAT）显微镜经历了显著的发展。它是一种很有前途的技术，成像和跟踪纳米尺度的无标记的目标与纳米定位精度。目前基于iSCAT的光度测定技术允许通过测量iSCAT对比度来定量估计纳米颗粒的尺寸，并且已经成功地应用于小于瑞利散射极限的纳米物体。在这里，我们提供了一种替代方法，克服了这种大小的限制。我们考虑到iSCAT对比度的轴向变化，并利用矢量点扩散函数模型来揭示散射偶极子的位置，因此，散射体的大小，这是不限于瑞利极限。我们发现，我们的技术可以以纯光学和非接触的方式精确测量球形介电纳米颗粒的尺寸。我们还测试了荧光纳米金刚石（fND），并获得了对fND颗粒尺寸的合理估计。结合fND的荧光测量，我们观察到荧光信号与fND大小之间的相关性。我们的结果表明，iSCAT对比度的轴向图案提供了足够的信息的球形颗粒的大小。我们的方法使我们能够测量纳米粒子的尺寸从几十纳米和超过瑞利极限与纳米精度，使一个多功能的全光学纳米技术。
2022-09-29 physics.bio-ph physics.optics
High-Fidelity Single-Shot Quantitative Differential Phase Microscopy Using Pseudothermal Sagnac Interferometer
UiT The Arctic University of Norway（挪威阿尔塔大学）；Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics（华沙理工大学微机械与光子学研究所）；Karolinska Institute（卡罗林斯卡学院）；The Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Department of Physics, University of Oslo（奥斯陆大学数学与自然科学学院物理系）
本文提出一种基于Sagnac干涉仪的高保真单次成像定量差分相位显微术，用于高灵敏度成像近透明生物样本。
2026-04-22 physics.optics
Multifrequency Excitation and Detection Scheme in Apertureless Scattering Near Field Scanning Optical Microscopy
我们从理论上和实验上证明了一种多频激发和检测方案，在无孔近场光学显微镜，超过目前最先进的灵敏度和背景抑制。通过激发原子力显微镜针尖的两个第一弯曲模式，并解调检测信号的谐波在其总和，我们提取了近场信号的灵敏度和深亚波长分辨率提高了一倍，达到$λ/230$。此外，该方法提供了丰富的控制实验自由度，扩大了参数空间，实现完整的光学背景抑制。该方法突破了近场信号的非干涉完整相位和振幅恢复的基础，并且适用于任何多模态激励和高次谐波解调。
2017-06-12 physics.optics
Micromirror total internal reflection microscopy for high-performance single particle tracking at interfaces
单粒子跟踪在生命和物理科学中有着广泛的应用，可以观察和表征纳米和微观运动。基于双折射的方法非常适合高背景环境，例如跟踪细胞内或细胞上的脂质或蛋白质，这是由于优越的背景抑制。当定位精度和成像速度由于原则上无限的光子预算而至关重要时，基于散射的检测是优选的。在这里，我们表明，基于微镜的全内反射暗场显微镜，使背景抑制以前只报道的干涉散射显微镜，导致在nm定位精度在6 $μ$ s曝光时间为20 nm的金纳米粒子与25 × 25 $μ$ m $^{2}$的视野。我们展示了我们的实施能力，通过表征亚纳米确定性流的20纳米金纳米粒子在液-液界面。我们的研究结果接近背景抑制，定位精度和时间分辨率的最佳组合，可实现与纯散射为基础的成像和跟踪的纳米粒子在规则的接口。
2021-03-17 physics.optics
Laser Scanning Microscopy for Tomographic Imaging of Roughness and Point Absorbers in Optical Surfaces
针对高精度光学表面中点吸收体引发的形变与吸收关联问题，提出一种激光扫描显微断层成像方法，可同时获取表面轮廓相位图像与点吸收体损耗图像，实现了飞米级灵敏度和微米级横向分辨率，为光学表面优化与表面物理研究提供支撑。
2023-12-19 physics.optics
High-resolution single-shot phase-shifting interference microscopy using deep neural network for quantitative phase imaging of biological samples
白光相移干涉显微术（WL-PSIM）是用于工业和生物样品的高分辨率定量相位成像（QPI）的重要技术。然而，在WL-PSIM中，基本上需要具有精确相移的多个干涉图来测量物体的精确相位。在这里，我们提出了使用过滤白光相移干涉显微镜（F-WL-PSIM）和深度神经网络（DNN）进行精确相位测量的单次相移干涉技术。这些方法通过训练DNN生成1）四个相移帧和2）来自单个干涉图的直接相位来合并。网络的训练是在两个不同的样本上进行的，即，光波导和MG 63骨肉瘤细胞。此外，F-WL-PSIM+DNN框架的性能通过比较从网络生成的和实验记录的干涉图中提取的相位图来验证。目前的方法可以进一步加强QPI技术的高分辨率相位恢复使用一个单一的帧不同的生物医学应用。
2021-05-03 eess.IV physics.optics
Bidirectional quantitative scattering microscopy
本研究提出双向定量散射显微镜BiQSM，融合前向与后向散射检测，实现更宽动态范围的多尺度细胞无标记成像，为动态生物过程研究提供新工具。
2025-03-19 physics.optics
Material-specific high-resolution table-top extreme ultraviolet microscopy
极紫外（EUV）辐射显微镜有望实现具有出色材料对比度的高分辨率成像，这是由于该光谱范围内的短波长和众多元素特定吸收边。同时，EUV辐射具有比电子大得多的穿透深度。因此，它使纳米尺度的观点到复杂的三维结构，是重要的材料科学，半导体计量学和下一代纳米器件。在这里，我们在13.5 nm波长下提供高分辨率和材料特定的显微镜。我们结合了一个高度稳定的，高光子通量，桌面EUV源与干涉稳定的重叠关联设置。通过利用结构化的EUV照明，我们克服了传统的EUV聚焦光学器件的局限性，并在16 nm的半间距横向分辨率下展示了高分辨率显微镜。此外，我们提出了混合状态的正交探头弛豫重叠关联成像，使强大的相衬成像在宽视场和长采集时间。通过这种方式，集成电路的复杂传输被精确地重建，从而允许对介观半导体系统的材料组成进行分类。
2021-12-24 physics.app-ph physics.optics
Inverse scattering for reflection intensity phase microscopy
反射相位成像提供生物样品的无标记、高分辨率表征，通常使用基于干涉的技术。在这里，我们调查反射相位显微镜强度只测量不同的照明下。我们评估的前向和反向散射模型的基础上的第一玻恩近似的玻璃载玻片上的散射物体成像。在这种设计下，测量场结合了来自物体的线性前向散射和高度相关的非线性后向散射，这使得物体相位恢复复杂化。仅使用前向散射，我们推导出一个线性逆散射模型，并评估该模型的有效性范围内的模拟和实验使用标准的反射显微镜修改与可编程光源。我们的方法提供了增强的对比度薄，弱散射的样品，补充传输技术。该模型提供了一个很有前途的发展，建立简化的基于强度的反射定量相位成像系统，易于采用的生物研究。
2019-12-16 eess.IV physics.comp-ph physics.optics
Multi-Spectral Reflection Matrix for Ultra-Fast 3D Label-Free Microscopy
本文提出多光谱反射矩阵方法，通过稀疏照明与多波长干涉测量实现像差校正，在不透明人角膜上以290 nm分辨率和1 Hz帧率实现三维无标记成像，为实时活体深层组织检测的全数字显微镜奠定基础。
2024-09-10 eess.IV physics.optics
Transmission-matrix Quantitative Phase Profilometry for Accurate and Fast Thickness Mapping of 2D Materials
二维（2D）材料的物理性质可能随其厚度分布而显著变化。当前用于2D材料的厚度剖析方法（例如，原子力显微镜和椭圆偏振法）在测量通量和精度方面受到限制。在这里，我们提出了一种新的高速和高精度的厚度轮廓测量方法，称为透射矩阵定量相位轮廓术（TM-QPP）。在TM-QPP中，通过扩展高灵敏度共路干涉显微镜技术的光子散粒噪声极限来实现皮米级光程长度灵敏度，同时通过开发考虑光在样品界面处的多次折射和反射的透射矩阵模型来实现精确的厚度确定。使用TM-QPP，单层和少层2D材料（例如，MoS 2、MoSe 2和WSe 2）在几秒钟内以非接触方式映射到宽视场。值得注意的是，TM-QPP还能够空间分辨少层2D材料的层数。
2022-07-09 physics.app-ph physics.optics
Motion-Based Self-Normalisation Enables Precision Nanoparticle Sizing
Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Radboud University（拉德堡德大学）
研究基于自由扩散纳米颗粒散射信号重建照明轮廓以实现精确纳米颗粒尺寸测量的问题，提出自归一化方法，通过在空间重叠区域归一化单粒子轨迹消除偏差，验证该方法可降低信号变异性并兼容现有平台。
2026-11-02 physics.optics
Low frequency coherent Raman imaging robust to optical scattering
本文提出一种对光学散射具有高鲁棒性的低频干涉式脉冲受激拉曼散射（ISRS）成像方法，解决了散射导致泵浦脉冲污染并阻碍光谱提取的问题，在复杂散射样品中仍能获得高信噪比的拉曼光谱。
2024-02-10 physics.chem-ph physics.optics
