BGnet: Accurate and rapid background estimation in single-molecule localization microscopy with deep neural nets
背景荧光，特别是当它表现出不期望的空间特征时，是光学显微镜中降低图像质量的主要因素。当分析用于3D定位显微镜或单分子跟踪的单分子图像时，结构化背景特别有害。在这里，我们介绍了BGnet，一种具有U型网络架构的深度神经网络，作为一种通用方法，即使在使用点扩散函数（PSF）工程来创建复杂的PSF形状时，也能以出色的精度快速估计点源图像背后的背景。我们训练BGnet从各种PSF的图像中提取背景，并表明识别对于由许多空间频率构建的各种不同的干扰背景结构是准确的。此外，我们证明，所获得的背景校正PSF图像，无论是模拟和实验数据，导致定位精度的大幅提高。最后，我们验证了结构化背景估计与BGnet的结果在更高质量的生物结构的超分辨率重建。
2019-09-18 physics.app-ph physics.optics
Precise Determination of the Crystallographic Orientations in Single ZnS Nanowires by Second-Harmonic Generation Microscopy
本文对单根硫化锌纳米线的二次谐波产生进行了系统的研究。采用化学气相沉积法制备了高质量的圆形截面ZnS纳米线。透射电子显微镜图像显示实际生长轴与择优生长方向有0 o ~ 20 o的偏离角[120]，这导致了不同单个ZnS纳米线中不同的偏振相关SHG响应图案。二次谐波响应对ZnS纳米线的c轴取向以及（100）和（010）晶轴取向都很敏感，因此可以精确地确定ZnS纳米线的三个晶轴取向。单根ZnS纳米线的倍频转换效率高达7 × 10^（-6），在纳米紫外光源、非线性光学显微镜和纳米光子器件等方面具有潜在的应用前景。
2015-04-17 physics.optics
Sub-nanoscale Resolution for Atom Localization, Lithography and Microscopy via Coherent Population Trapping
我们提出了一种基于相干布居捕获的方案，以获得亚纳米级的原子局域化，显微镜和光刻分辨率。我们的方法采用三能级原子耦合到振幅调制的探测场和空间相关的驱动场。探测场的调制使我们能够利用通常与电磁感应透明相关的陡峭色散，并提供了一种仅使用光场实现亚纳米分辨率的途径。我们说明了该技术的应用领域的显微镜和光刻，并显示如何多级计划提供进一步提高分辨率的可能性。
2009-12-07 physics.optics quant-ph
The Detection of Nanoscale Membrane Bending with Polarized Localization Microscopy
纳米尺度下生物膜的曲率对于囊泡运输、细胞器形态和疾病传播至关重要。本文报道了偏振定位显微镜（PLM）的发展，这是一种点彩画光学成像技术，用于检测与单分子动力学和分子分选相关的纳米级膜曲率。PLM结合了偏振全内反射荧光显微镜（TIRFM）和单分子定位显微镜，以亚衍射极限分辨率揭示膜取向，而不会通过点扩散函数（PSF）操作降低定位精度。此外，利用PLM的膜曲率检测需要比3D单分子定位显微镜更少的定位事件来检测曲率（例如，PALM或STORM），这使得通过PLM进行曲率检测比通过3D单分子定位快10倍。凭借高灵敏度，PLM可检测曲率，并通过衍射极限偏振TIRFM提供信噪比增强> 10倍的超分辨率图像。利用旋转限制的亲脂性荧光团和偏振入射荧光激发，超分辨率揭示了膜弯曲事件。用PLM检测半径>= 24 nm的工程化半球形膜曲率，其中单个荧光团具有13 +/-5 nm的定位精度。此外，能够将分子动力学解读为膜拓扑结构的函数。单个DiI分子的扩散系数在平面支持的脂质双层中比在纳米级膜曲率内高7.6倍。
2017-03-30 physics.bio-ph physics.optics
Aberration-free calibration for 3D single molecule localization microscopy
我们提出了一个简单的基于样品的技术来校准轴向检测在3D单分子定位显微镜（SMLM）。使用涂有荧光分子的微球，可以获得任何所需深度范围从几百纳米到几十微米的PSF成形或强度为基础的测量的校准曲线。该实验方法考虑了球面像差的影响，而不需要计算校正。
2017-10-13 physics.bio-ph physics.optics
Fundamental precision bounds for three-dimensional optical localization microscopy with Poisson statistics
点源定位是光学成像领域的一个重要问题。特别是，一些广泛使用的生物显微镜技术依赖于精确的三维定位的单个荧光团。由于发射器深度定位比横向定位更具挑战性，因此已经花费了相当大的努力来工程化显微镜的响应，以揭示增加的深度信息。在这里，我们考虑这种方法的理论限制，推导出量子克拉美-拉奥界（QCRB）。我们表明，现有的方法与单目标检测的深度定位超过QCRB的一个因素$>\sqrt{2}$，并提出了一个干涉仪的安排，接近界限。我们还表明，检测两个相对的目标，建立干涉测量技术在全球范围内达到QCRB。
2018-03-06 physics.optics
Optical Diffraction Tomography Meets Fluorescence Localization Microscopy
本文将单分子定位显微数据重新建模为无相位光学衍射层析系统，并提出联合优化框架，仅从SMLM帧中同时估计折射率图和荧光分子位置。
2023-07-18 eess.SP physics.optics
Volumetric nanoscale localization using engineered point spread functions in light sheet microscopy
Adelaide University（阿德莱德大学）；University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）
结合双艾里工程点扩散函数与双光子光片荧光显微镜，实现大体积三维纳米级定位，横向精度<20 nm、轴向42 nm，并有望在毫米级样本中达到亚10 nm。
2026-06-18 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
Addressing systematic errors in axial distance measurements in single-emitter localization microscopy
点发射体的纳米级定位对于光学荧光显微镜中的几种方法至关重要，包括单分子超分辨率成像和跟踪。虽然定位过程的精度一直是广泛研究的主题，但定位精度却不太受重视，部分原因是产生在相关几何形状中的已知三维位置处含有未扰动点发射器的实验样品的挑战。我们报告了一个新的实验系统，再现了广泛采用的几何形状在高数值孔径本地化显微镜，其中分子位于水介质中的玻璃盖片以上的油浸物镜成像。我们演示了一个校准过程，使测量的深度相关的点扩散函数（PSF）的开放孔径成像，以及成像与工程PSF与折射率失配。我们揭示了复杂的，在这个系统中的焦平面位置的深度变化的行为，并讨论了这种行为的常见近似所引起的轴向定位偏差。我们将我们的结果与理论计算进行比较。
2020-03-27 physics.bio-ph physics.optics
Time-modulated excitation for enhanced single molecule localization microscopy
单分子定位显微镜中的结构化照明提供了关于分子位置的新信息，从而与标准定位方法相比提高了定位精度。在这里，我们使用时移正弦激发模式来调制分子的荧光信号，其位置信息由相位携带并通过同步解调来恢复。我们设计了两个灵活的快速解调系统位于上游的相机，使我们能够克服限制相机采集频率，从而最大限度地收集光子在解调过程中。然后在同一图像上同步采样时间调制的荧光信号，在采集期间重复。这种显微镜，称为ModLoc，允许实验提高定位精度的一个方向的2.4倍，相比经典的高斯拟合方法。一项时间研究和一项实验演示都表明，闪烁机制中分子的短寿命会产生千赫兹范围内的调制频率，这超出了当前相机的范围。因此，在这些频率下工作的解调系统将是充分利用这种新的定位方法所必需的。
2022-02-23 physics.optics
DeepSTORM3D: dense three dimensional localization microscopy and point spread function design by deep learning
定位显微镜是一种成像技术，其中各个纳米级点发射器（例如荧光分子）的位置从它们的图像以高精度确定。这是单/多粒子跟踪和几种超分辨率显微镜方法的关键成分。三维（3D）定位可以通过修改点源在相机上创建的图像（即，点扩散函数（PSF））来执行。PSF是使用额外的光学元件设计的，以随点源的深度而明显变化。然而，在3D中定位多个相邻发射器由于它们的PSF的横向重叠而构成了显著的算法挑战。在这里，我们训练一个神经网络来接收包含多个发射器在大轴向范围内密集重叠的PSF的图像，并输出它们的3D位置列表。此外，我们然后使用该网络来设计多发射器情况下的最佳PSF。我们证明了我们的方法数值以及实验线粒体的3D STORM成像，和体积成像的几十个荧光标记的端粒占据哺乳动物细胞核在一个单一的快照。
2019-09-12 eess.IV physics.optics
Measurement-based estimation of global pupil functions in 3D localization microscopy
我们报告使用的相位恢复程序的基础上极大似然估计（MLE）产生一个改进的，实验校准的模型的点扩散函数（PSF）用于三维（3D）本地化显微镜实验。该方法从简单的校准扫描估计在整个轴向范围内的全局光瞳相位函数（其包括PSF和系统像差两者）。瞳孔函数用于细化PSF模型，从而使实验数据的定位更好。为了证明该程序的实用性，我们将其应用于使用具有6微米轴向范围的四足PSF的显微镜获得的实验数据。相对于基于标量衍射理论的模型，相位恢复模型在3D定位的准确度和精度方面都有显着的提高。的相位恢复模型的定位精度被证明是由估计理论所施加的限制附近，和再现性的过程的特点和讨论。提供了执行相位恢复算法的代码。
2017-05-26 physics.ins-det physics.optics
Orientation distributions of vacuum-deposited organic emitters revealed by single-molecule microscopy
本研究利用单分子成像技术测量真空沉积OLED中单个发光体C545T的跃迁偶极取向，获得完整取向分布，揭示取向强烈依赖纳米级环境，为理解发光体取向控制因素提供新途径。
2023-05-19 cond-mat.soft physics.optics
Multimodal nonlinear optical polarizing microscopy of long-range molecular order in liquid crystals
我们展示了方向敏感的多模态非线性光学偏振显微镜能够探测取向，极性，和双轴功能介晶有序软物质。该技术实现了同时成像的宽带相干反斯托克斯拉曼散射，多光子激发荧光，和多谐波产生偏振显微镜模式，是基于使用一个单一的飞秒激光器和光子晶体光纤作为探测光源。我们表明，这种技术的可行性映射的三维图案的分子取向，并在不同的显微镜模式下获得的图像是相互一致的。
2010-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
SMILE: a universal tool for modulated-enhanced localization microscopy to achieve minimal three-dimensional resolution
本文提出三维单分子调制照明定位估计器SMILE，通过横向调制照明与点扩散函数工程协同整合，实现接近理论极限的定位精度，并兼容多种PSF和4Pi构型，有望推动MELM发展。
2025-05-07 physics.optics
3D orientation super-resolution spatial-frequency-shift microscopy
本文提出偏振虚拟空间频移效应，实现无需特殊标记的通用3D荧光团取向超分辨率绘图，并通过仿真验证其空间分辨率加倍、角度精度达2.39度。
2024-01-22 physics.optics
Polarization-encoded co-localization microscopy at cryogenic temperatures
超分辨率定位显微镜是基于确定样品中单个荧光标记的位置。在达到更高的定位精度的主要挑战在于从单个发射器收集的光子数量有限。为了解决这个问题，已经表明可以利用低温下增加的光稳定性，达到亚纳米范围内的定位精度。单分子超分辨率成像的另一个关键因素是激活衍射限制点内的单个发射体的能力。在这里，我们报告在低温下的有机染料的光闪烁行为，并阐述了这种普遍存在的现象选择单分子的局限性。然后，我们表明，记录的发射偏振不仅提供了访问的分子取向，但它也有利于分配的光子个别闪烁的分子。此外，我们采用周期性调制的激发偏振作为一个强大的方法来有效地切换荧光团。我们通过在不同的DNA折纸结构上解析两个发射器来对每种方法进行基准测试。
2020-08-04 physics.optics
Convolutional Neural Networks for Real-Time Localization and Classification in Feedback Digital Microscopy
Universität Leipzig（莱比锡大学）
我们提出了一种自适应单次卷积神经网络（YOLOv 2），用于光学显微镜中颗粒的实时定位和分类。与以前的作品相比，我们专注于系统的实时检测能力，允许在反馈控制的帮助下操纵大型异构系综中的微观物体。该网络能够定位和分类数百个微观物体，即使在非常低的信噪比的图像大到416 x416像素的推理时间约为10毫秒。我们展示了实时检测性能，通过操纵激光诱导自热泳推进的活性粒子。为了使我们的框架随时可供他人使用，我们提供了所有的脚本和源代码。该网络使用TensorFlow后端在Python/Keras中实现。为实时推理提供了一个支持GPU的C语言库。
2020-04-10 cond-mat.soft cs.LG eess.IV
Learning an optimal PSF-pair for ultra-dense 3D localization microscopy
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Google Research（谷歌研究院）
多粒子跟踪中的一个长期挑战是在近距离处准确和精确地3D定位单个粒子。一种用于快照3D成像的已建立的方法是点扩展函数（PSF）工程，其中修改PSF以编码轴向信息。然而，由于横向PSF重叠，工程化PSF在高密度下定位是具有挑战性的。在这里，我们建议同时使用多个PSF来帮助克服这一挑战，并研究为密集3D定位设计多个PSF的问题。我们使用一个分叉的光学系统来实现我们的方法，该系统修改了两个单独的PSF，并使用三种不同的方法来设计PSF，包括端到端学习。我们通过荧光标记的细胞端粒的体积成像实验证明了我们的方法。
2020-09-29 cs.CV eess.IV physics.bio-ph
Full-range optical imaging of planar collagen fiber orientation using polarized light microscopy
提出了一种新的软组织中胶原纤维方向的自动评估方法。该方法基于偏振光显微镜在垂直和倾斜偏振镜下获得的多次旋转图像，突破了偏振光强度90°周期性的限制，在整个180°范围内准确、快速地评价纤维取向。在验证了该方法之后，我们使用猪跟腱和主动脉的组织学标本来验证所提出的算法，并降低评估所需的旋转图像的数量。我们的算法能够在几秒钟内分析一张显微照片中的5.10^5个像素，因此是一种强大而廉价的工具，可用于此类样品的组织学图像分析，具有广泛的应用前景。
2021-04-30 physics.med-ph physics.optics
Multicolor localization microscopy by deep learning
深度学习已经成为图像分类和图像恢复问题的一种非常有效的工具。在这里，我们将深度学习应用于显微镜，并演示了神经网络如何利用点扩散函数的颜色依赖性来对灰度相机上成像的单个发射器的颜色进行分类。虽然现有的单分子光谱分类方法需要在发射路径中使用额外的光学元件，例如光谱滤波器，棱镜或相位掩模，但我们的神经网络使用标准的，未经修改的单通道配置以高效率正确识别静态和移动发射器。此外，我们还展示了如何使用深度学习来设计相位调制元件，当这些元件被应用到成像路径中时，可以进一步改善物种之间的颜色差异。
2018-07-04 physics.optics
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
Certain uncertainty: using pointwise error estimates in super-resolution microscopy
单个荧光团的逐点定位是超分辨率显微镜和单粒子跟踪中的关键步骤。尽管这些方法受到定位单个荧光团的准确度的限制，但是这种逐点准确度迄今为止仅通过理论上的最佳情况近似来估计，而不考虑例如运动模糊、点扩散函数的焦点外加宽以及荧光背景中的时变变化。在这里，我们表明，逐点定位的不确定性可以准确地估计直接从成像数据使用拉普拉斯近似约束简单的显微镜属性。我们进一步证明，估计的本地化不确定性，可用于改善下游的定量分析，如估计的扩散常数和检测分子运动模式的变化。最重要的是，通过对荧光团的运动进行建模并考虑其逐点定位不确定性，可以提高活细胞超分辨率显微镜中实际点定位的准确性，使其超出单个图像中定位误差的信息理论下限。
2016-07-15 physics.bio-ph physics.data-an physics.optics
Analysis of Super-resolution Single Molecule Localization Microscopy Data: a tutorial
本教程综述了超分辨单分子定位显微镜（SMLM）数据处理与后处理的最新进展，介绍了SMLM突破光学衍射极限的原理及图像处理的关键作用。
2021-12-11 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
A Bayesian Approach towards Atomically-precise Localization in Fluorescence Microscopy
本文提出基于原子晶格周期性的离散网格成像技术（DIGIT），利用贝叶斯方法突破SMLM的光子资源限制，实现定位不确定性的指数级坍缩，并支持大规模量子发射体并行定位，为原子级光学分辨奠定基础。
2025-08-07 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
Plasmon-Enabled High-Precision Single Molecule Localization Microscopy over an Extended Field of View
Institute for Quantum Science and Engineering（量子科学与工程研究所）；Department of Physics and Astronomy Texas A&M University（德克萨斯农工大学物理与天文系）
提出PIFLUX方案，结合深亚波长等离子体照明与宽场检测，通过等离子体相位调谐照明图案，实现纳米级定位精度，在微米视场下精度与MINFLUX相当且优于SIMFLUX。
2026-07-01 physics.optics quant-ph
Quantum correlation enhanced super-resolution localization microscopy enabled by a fiber bundle camera
尽管在微光探测方面取得了进展，但诸如光子相关的单光子方法很少用于成像的背景下。少数演示，例如利用光子的量子统计的子衍射极限成像，仍然处于原理证明演示的领域。这主要是由于大多数可用的单光子敏感成像探测器的填充因子、量子效率、帧速率和信噪比特性的低值的组合。在这里，我们描述了一种成像设备的基础上耦合到单光子雪崩探测器，它结合了一个大的填充因子，高量子效率，低噪声和可扩展的架构的光纤束。我们的设备能够在非稀疏非静止场景中实现基于定位的超分辨率显微镜，利用从非经典光子统计中收集的有源发射器数量的信息。
2017-02-01 physics.optics quant-ph
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
Coherent Nonlinear Single Molecule Microscopy
我们研究了一种基于单个辐射源拉比振荡的非线性局域显微方法。我们证明了这种新技术的基本工作原理，使用低温远场实验中，小于$λ$ /10的亚波长功能获得。使用蒙特卡罗模拟，我们显示了优越的定位精度，这种方法在现实条件下，更高的采集速度或所需的光子数较低的潜力相比，传统的线性计划。该方法可以适用于除分子之外的其他发射体，并且允许在到单个测量像素的不同距离处定位若干发射体。
2010-08-27 physics.optics quant-ph
Multidimensional Double Refraction Microscopy
Institute of Micro- and Nanotechnologies, Technische Universität Ilmenau（微纳技术研究所，埃尔朗根-纽伦堡工业大学）；Institute of Thermodynamics and Fluid Mechanics, Technische Universität Ilmenau（热力学与流体力学研究所，埃尔朗根-纽伦堡工业大学）
本研究提出双折射显微镜（DRM），无需修改标准宽场显微镜，通过双折射载玻片实现多维超分辨率成像，经实验验证其定位、取向及光谱读取能力，可将超分辨率技术推广至普通实验室。
2026-09-03 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Directional Dark Field for Nanoscale Full-Field Transmission X-Ray Microscopy
Helmholtz-Zentrum Hereon（赫姆霍兹海雷恩中心）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Fraunhofer IAPT（弗劳恩霍夫应用聚合物研究 institute）；Medical University of Vienna（维也纳医科大学）；Austrian Cluster for Tissue Regeneration（奥地利组织再生集群）
本文提出一种方向暗场成像方法，实现亚微米级纳米结构的取向映射，通过简单实验验证其在生物矿化、先进材料和纳米技术中的应用价值。
2026-03-09 physics.ins-det 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
CARS polarized microscopy of three-dimensional director structures in liquid crystals
我们利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）偏振显微镜演示了液晶中指向矢结构的三维振动成像。结构的空间映射是基于偏振CARS信号对液晶中各向异性分子取向的敏感性。作为一个例子，我们研究了近晶材料的结构，并证明了单扫描CARS和双光子荧光图像的分子取向模式是相互一致的，并与结构模型。
2007-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Exact particle-enhanced point-spread function unlocks 3D super-resolution localization microscopy on nanoparticles
针对纳米颗粒改变荧光团PSF导致传统超分辨定位偏差的问题，提出首个球形纳米颗粒附近荧光团的解析PSF模型，计算快四个数量级，实现<5nm精度的3D官能团定位，可用于生物传感等领域。
2023-06-13 physics.optics
Three-dimensional orientation measurement of a single fluorescent nanoemitter by polarization analysis
我们从理论上和实验上证明，一个单一的荧光纳米发射器的三维取向可以通过偏振分析的发射光（而激发偏振分析只提供了面内取向）。通过偏振测量法确定发射器取向需要理论描述，包括客观数值孔径、发射偶极子的一维或二维性质以及偶极子附近的环境。我们开发了一个模型，涵盖了最实验相关的显微镜配置，并提供有用的取向测量的分析关系。我们对高质量的核壳结构的CdSe/CdS纳米晶体进行了偏振测量，并证明它们可以近似为两个正交的简并偶极子。最后，我们表明，偶极子的取向可以推断，即使在附近的金膜的偶极子的偏振测量，而在这种情况下，完善的散焦显微镜是不合适的。
2013-07-23 physics.optics
Traceable localization enables accurate integration of quantum emitters and photonic structures with high yield
国际单位制（SI）的可追溯性是测量准确性和可靠性的基础。在这项研究中，我们展示了亚纳米的定位显微镜的可追溯性，建立了一个成熟的超分辨率方法和应用的可追溯性基础。要做到这一点，我们创建了一个主标准，通过测量的位置，亚微米孔径阵列可追溯的原子力显微镜。通过光学显微镜、标度因子校准和像差效应校正，对该主标准进行了相关测量。我们引入了由于光学定位误差和比例因子不确定性而引起的定位不确定性场的概念，其中位置可追溯性区域在+/- 1 nm的68%覆盖间隔内。这些结果使本地化计量具有高吞吐量，我们适用于测量工作标准，我们制造的电子束光刻，验证平均间距的准确性和封闭循环传播和集成参考阵列。然后，我们应用我们的新方法来校准一个光学显微镜与样品低温恒温器，占热收缩通过使用硅作为参考材料的亚微米柱阵列和阐明复杂的失真。这种新的校准，使量子发射器和光子结构的准确集成与高产率，我们从理论上证明，通过模拟的Purcell因子的辐射增强对登记误差在一个广泛的领域。我们的研究阐明了从环境温度到低温温度，实现可追溯定位以比较光刻和显微镜系统的位置数据的挑战和机遇。
2023-02-28 physics.optics
Calibration of systematic distortions in quantum emitter localization microscopy for deterministic nanophotonic fabrication
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Johannes Kepler University Linz（林茨约翰·开普勒大学）
研究量子发射器定位显微镜系统畸变校准问题，用光刻定义的金纳米盘阵列作参考，通过泽尼克矢量场模型校准光学畸变，提高了量子发射器集成精度。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Precise multi-emitter localization method for fast super-resolution imaging
我们提出了一种能够以理论极限精度同时定位重叠多发射器位置的方法。我们推导出一组简单的方程，其解给出了多个辐射源位置的极大似然估计。我们比较了我们的同时定位分析与传统的单分子分析模拟图像的性能，并表明我们的方法可以提高超分辨率显微镜的时间分辨率一个数量级。特别是，我们推导出基于局部化的超分辨显微镜的时间分辨率的信息理论界，并证明该界可以通过我们的分析密切达到。
2015-12-18 cond-mat.quant-gas physics.optics q-bio.BM
What can be learned about molecular reorientation from single molecule polarization microscopy?
我们发展了一种计算单分子偏振关联函数C（t）的通用方法，它提供了0和t时刻发射二色性的相关性。该方法与模型无关，对一般不对称陀螺分子有效。我们分析的关键动态量是偶数阶定向关联函数，其加权和产生C（t）。我们已经证明，使用非正交计划的检测的单分子偏振响应，使得有可能操纵的加权系数在C（t）的扩展。因此，可以从C（t）中提取关于高于第二等级的取向关联函数的有价值的信息。
2006-11-11 physics.chem-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
Instantaneous mapping of liquid crystal orientation using a polychromatic polarizing microscope
偏光显微镜在液晶和其他软材料（包括生物来源的材料）科学方面带来了许多进步。光学和计算机分析的最新发展使新一代的定量偏光显微镜能够产生光轴的空间图。不幸的是，大多数可用的方法需要很长的多个图像的采集时间，然后分析这些图像以产生地图。我们描述了一个多色偏振显微镜，它允许一个映射的光轴在一个单次曝光的图案，从而使快速的时间分辨率。我们提出了一个新的显微镜与替代技术，如传统的偏光显微镜和显微成像仪的Hinds仪器的比较分析。
2022-10-31 cond-mat.soft physics.optics
Photoswitchable Single-Walled Carbon Nanotubes for Super-Resolution Microscopy in the Near-Infrared
单分子光开关发射器的设计是单分子定位显微镜出现的第一个里程碑，它在光学成像领域树立了一个新的范例。已经开发了几种光可切换发射器，但它们都在可见光或远红外范围内发出荧光，缺少生物组织最透明的理想近红外窗口。此外，对于基本光学分子开关或信息存储元件来说，在近红外中的各个发射器的光控制将是高度期望的，因为大多数通信数据传输协议是在该光谱范围内建立的。在这里，我们介绍了一种新型的杂化纳米材料，由单壁碳纳米管共价官能化的光开关分子，用于控制在近红外（超过1 $μ$ m）的单纳米管的本征发光。我们提供基于这些明亮的光开关近红外发射器的定位显微镜的概念验证。
2019-03-26 cond-mat.other physics.bio-ph physics.optics
Robust and bias-free localization of individual fixed dipole emitters achieving the Cramér Rao bound
单分子定位显微镜具有在纳米长度尺度上解析生物样品的结构细节的潜力。然而，为了充分利用分辨率，至关重要的是要考虑荧光偶极发射体的各向异性发射特性。在轻微的残余散焦的情况下，定位估计很可能会有几十纳米的偏差。我们在这里表明，与偶极子方向的信息相结合的光学成像允许提取的偶极子发射器的位置没有本地化的偏见和下降到~ 1 nm的精度，从而达到相应的CramérRao界。该方法展示了各种偶极子方向的模拟数据，现实生活中的实验和参数设置。
2021-04-06 physics.optics q-bio.QM
