Quantum light microscopy
本文综述了利用量子力学特性（如纠缠）克服显微镜在信噪比、分辨率和速度上的量子限制，并介绍了量子技术提升显微镜性能的最新实验进展与未来机遇。
2023-11-24 physics.optics quant-ph
ScopeOne: Flexible and C++-driven Microscope Control Platform
University of Copenhagen（哥本哈根大学）
提出基于C++和Qt的显微镜控制软件ScopeOne，利用进程隔离和共享内存实现多相机实时预览与图像处理，兼容MicroManager设备生态。
2026-06-19 physics.bio-ph physics.optics
Structured illumination fluorescence microscopy using Talbot self-imaging effect for high-throughput visualization
我们报告了一种新的扩展结构照明（SI）显微镜，利用塔尔博特自成像效应，以产生一个SI图案的视场（FOV）和分辨率不受限制的显微镜物镜的数值孔径（NA）的样品。这使得高分辨率SI图案生成（高达自由空间传播极限）跨越大FOV，这反过来又允许SI显微镜有效地适应高通量成像。我们证明了这个概念，使用一个简单的原型显微镜成像一个大的FOV（450 × 350微米）与衍射限制的荧光分辨率限制的显微镜NA为2微米。一个定制的结构化元件，设计与周期性的空间特征超出了显微镜成像物镜的衍射极限，被定位在一个整数倍的塔尔博特距离的一半远离样品。这通过Talbot自成像效应在样品平面处产生了大FOV、子衍射SI图案。然后使用常规SI超分辨率原理将整个FOV的成像分辨率提高到500 nm，大约是显微镜NA衍射极限的4倍。这种方法也应该适用于高通量的亚衍射分辨率多模成像。
2018-01-10 physics.optics
Fully refractive adaptive optics fluorescence microscope using an optofluidic wavefront modulator
自适应光学（AO）是一种功能强大的图像校正技术，已被证明对许多生命科学显微镜方法都有好处。然而，增加一个反射波阵面调制器和波前传感器到已经复杂的显微镜的复杂性，使AO禁止其在显微镜系统中的广泛适应。在这里，我们提出了一个紧凑的荧光显微镜的设计和性能，使用一个完全折射的光流波阵面调制器产生的成像性能与传统的变形镜，无论是在校正保真度和关节。我们将此设备与一个模式无传感器波前估计算法，使用空间频率内容的采集图像作为质量度量，从而证明了一个完全在线的自适应光学显微镜，可以执行像差校正高达4 $^{th}$径向顺序的泽尼克模式。这种全新的概念自适应光学显微镜可能会证明延长性能限制和广泛适用性的AO在生命科学成像。
2020-01-07 physics.optics
Inline calibration of spatial light modulators in nonlinear microscopy
本研究提出一种非线性显微镜纯相位空间光调制器校准方法，以显微镜图像为校准测量无需额外硬件，适配多光子激发荧光的非线性信号，在弱光、强光漂白条件下仍有效。
2025-05-28 physics.optics
Aberration measurement and correction on a large field of view in fluorescence microscopy
由样品和/或样品架引起的像差限制了光学显微镜的分辨率。波前校正可以使用具有波前无传感器优化算法的可变形反射镜来实现，但是，尽管这些系统很复杂，但校正的水平通常限于显微镜视场中的小区域。在这项工作中，我们提出了一个即插即用的像差测量和校正模块。波前校正是通过使用旋转瞳孔像差测量和闭环控制可变形透镜的直接波前重建来执行的。透镜校正视场中心的像差，在边缘留下残余像差，这些残余像差通过非等晕去卷积来去除。我们目前的实验结果，在荧光显微镜，具有广泛的领域和光片荧光显微镜。这些结果表明，在整个视场的检测和校正，可以实现与紧凑的透射模块放置在荧光显微镜的检测路径。
2021-06-03 physics.comp-ph physics.ins-det physics.med-ph
Implications of temporal sampling in voltage imaging microscopy
Boston University（波士顿大学）
研究分析了电压成像显微镜中时间采样对信号保真度的影响，发现扫描显微镜在低信噪比和少量尖峰检测时表现更优，而宽场显微镜在时间采样不足和大量尖峰检测时更优，建议避免在低于500 Hz帧率下使用扫描显微镜。
2026-01-28 physics.optics q-bio.NC q-bio.QM
A multimodal laser-scanning nonlinear optical microscope with a rapid broadband Fourier-transform coherent Raman modality
非线性光学显微镜允许快速高分辨率显微镜与图像对比度产生的内在性质的样品。已建立的模式，如多光子激发荧光和二次/三次谐波产生，可以与其他非线性技术，如相干拉曼光谱，通常允许化学成像的一个单一的共振振动模式的样品相结合。在这里，我们利用一个单一的超快激光源，以获得宽带相干拉曼光谱的显微镜，连同其他非线性显微镜的方法在同一仪器上。我们证明，相干拉曼模态允许宽带测量（>1000 cm-1），具有高光谱分辨率（<5 cm-1），具有快速的光谱采集速率（3-12 kHz）。这使得能够以每秒>11帧的速度对>千像素图像进行拉曼高光谱成像。
2020-05-28 physics.bio-ph physics.optics
A statistical resolution measure of fluorescence microscopy with finite photons
本文提出有限光子下荧光显微镜分辨能力的统计度量方法，结合衍射极限与光子统计特性，利用Cramer-Rao下界量化周期结构可分辨性，为现代荧光显微技术确立了含噪声的实际分辨率理论度量。
2023-02-07 physics.optics stat.AP
Deep Learned Optical Multiplexing for Multi-Focal Plane Microscopy
为了在多个焦平面上获得显微镜图像，可以机械地调节物镜和样品之间的距离。在每个轴向距离处顺序采集图像。使用发光二极管（LED）阵列显微镜进行数字重新聚焦可以消除这种机械运动。在LED阵列显微镜中，传统宽视场显微镜的光源被二维LED矩阵所取代。通过顺序地照亮每个LED并捕获图像，从LED阵列显微镜获取图像的堆叠。以前的工作表明，我们可以通过后处理这个LED图像堆栈来实现数字重聚焦。虽然消除了机械扫描，但由于采集多个图像，使用LED阵列显微镜的数字重聚焦具有低的时间分辨率。在这项工作中，我们提出了一种新的范例，用于多焦平面显微镜的实时成像，利用LED阵列显微镜和深度学习。在我们的深度学习方法中，我们寻找单个LED照明模式，该模式允许将来自多个焦平面的信息复用到单个图像中。我们使用来自固定而非活体日本三角涡虫的LED图像堆栈训练集，与后处理深度神经网络的参数共同优化此LED照明模式。一旦训练完成，我们通过将单个多路复用LED图像输入到训练后的后处理深度神经网络中来获得多个焦平面。我们展示了一个D的实时成像。用我们的方法在5个焦平面上观察日本涡虫。
2019-07-02 eess.IV physics.optics
Nonlinear optical microscopy with an obscuration-free, freeform reflective objective
本研究开发了一种基于非共轴几何自由曲面反射镜的无遮挡显微镜物镜，具有0.65数值孔径和接近衍射极限的成像性能，克服了传统反射物镜的中心遮挡问题，为非线性光学成像提供了无色差、无色散的优越替代方案。
2025-07-10 physics.optics
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
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
The noisy image retrieval for fluorescence digital microscopy
研究了消除显微镜光路中光学元件非线性引起的相位和振幅畸变的有效光学工具。这个鲁棒的过程描述了简单的理论模型被证明是成功的修复噪声与信号比接近100的图像。它表明，范Cittert-Zernike定理提供了足够的描述不完善的显微镜下工作的相干和非相干照明条件下，并有混浊介质的对象和中间平面。
2004-04-21 physics.med-ph physics.optics
Multi-modal microscopy imaging with the OpenFlexure Delta Stage
显微镜是许多生物研究和医学诊断中的重要设备。然而，获得显微镜可能是研究的瓶颈，特别是在低收入国家。“智能”计算机控制的机动显微镜可以执行自动化程序或以一系列方式获取图像，但这种显微镜甚至更昂贵，也更难获得。开发低成本、开源的智能显微镜使更多的研究人员能够构思和执行优化或更复杂的实验。在这里，我们介绍了OpenFlexure Delta Stage，这是一款专为研究人员设计的3D打印显微镜。由OpenFlexure软件栈提供支持，它能够执行自动化实验。设计文件和装配说明在开放许可下免费提供。其直观和模块化的设计-以及详细的文档-使研究人员能够轻松实现各种成像模式。该显微镜的多功能性通过在明场、落射荧光、暗场、Rheinberg和微分相差中对生物和非生物样品（红细胞与疟原虫寄生虫和胶体颗粒）成像来证明。我们提出了设计策略和工具的选择，以开发低收入国家的研究人员可以使用的设备，以及在这种情况下开源项目的优势。这款显微镜自问世以来一直是开源的，已经被世界各地的研究人员建造和测试，促进了专业知识的社区和科学的可重复性环境。
2022-06-30 physics.ins-det physics.optics
Precompensation of 3D field distortions in remote focus two-photon microscopy
远程聚焦广泛用于3D双光子显微镜和3D光刺激，因为它能够在不移动物镜或样品的情况下进行快速轴向扫描。然而，由于显微镜光学器件的设计约束，远程聚焦单元通常位于光路中的非远心位置，导致成像体积中的显著深度相关3D场失真。为了解决这个问题，我们的特点所产生的非远心远距离聚焦的三维场失真，并提出了一种方法的失真预补偿。我们证明了其适用性的3D双光子显微镜，使用声光透镜（AOL）的远程聚焦和扫描。我们表明，失真预补偿方法提高了AOL显微镜的指向精度，在整个400 × 400 × 400微米的成像体积< 0.5微米。
2021-03-18 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
Large depth-of-field tracking of colloidal spheres in holographic microscopy by modeling the objective lens
全息显微镜已经发展成为一种强大的3D粒子跟踪工具，在高帧速率下产生纳米级的精度。然而，目前的粒子跟踪算法忽略了显微镜物镜对记录全息图形成的影响。因此，全息显微镜中的粒子跟踪目前仅限于远高于显微镜焦点的粒子。在这里，我们表明，建模的无像差透镜的效果，允许跟踪粒子以上，附近，和下面的全息显微镜的焦平面，景深加倍。最后，我们使用我们的模型来确定条件下，忽略透镜的影响是合理的，在什么条件下，它会导致系统误差。
2019-10-31 physics.optics
Differentiable Microscopy for Content and Task Aware Compressive Fluorescence Imaging
Harvard University（哈佛大学）
吞吐量和图像质量之间的权衡是显微镜中的固有挑战。为了提高吞吐量，压缩成像对图像信号进行欠采样;然后通过求解正则化逆问题来计算重建图像。与传统正则化器相比，基于深度学习的方法在压缩和图像质量方面取得了更大的成功。然而，在采集过程中的信息损失设置压缩边界。因此，在不损害重建质量的情况下进一步改进压缩是一个挑战。在这项工作中，我们提出了可微分压缩荧光显微镜（$\partial μ$），其中包括一个现实的可推广的前向模型与学习的物理参数（如照明模式），和一个新的物理启发的逆模型。级联模型是端到端可微的，并且可以通过训练数据学习最优压缩采样方案。利用我们的模型，我们对各种压缩显微镜配置进行了数千次数值实验。我们发现，学习采样编码的重要信息的标本在显微镜的照明领域允许更高的压缩高达$\times 1024$。我们进一步利用我们的任务感知压缩框架。实验结果表明，优越的性能上的细胞分割任务。
2023-03-04 cs.CV eess.IV physics.optics
Differentiable model-based adaptive optics for two-photon microscopy
Center of Advanced European Studies and Research (caesar)（欧洲高级研究中心 (caesar)）
当在生物组织等散射材料中成像时，像差限制了扫描荧光显微镜。用于自适应光学的基于模型的方法利用光学设置的计算模型。这种模型可以与机器学习框架的优化技术相结合，以找到像差校正，如将激光束通过像差聚焦到相机上所证明的那样[arXiv：2007.13400]。在这里，我们将这种方法扩展到双光子扫描显微镜。所开发的无传感器技术发现散射样品中的像差校正，并且将用于一系列成像应用，例如在脑组织中。
2021-04-29 cs.LG physics.optics
Multi-pass transmission electron microscopy
费曼曾要求物理学家建造更好的电子显微镜，以便能够观察生物学的工作。虽然电子显微镜现在可以提供原子分辨率，但电子束引起的样品损伤妨碍了敏感材料（例如单个蛋白质或聚合物）的高分辨率成像。在这里，我们使用模拟表明，一个电子显微镜的基础上simplemulti-pass测量协议，使单一蛋白质的成像在减少损害和纳米分辨率，而不平均结构overmultiple图像。虽然我们证明了特定的成像目标的方法，该方法是广泛适用的，预计将提高分辨率和灵敏度的范围内的电子显微镜成像模式，包括，例如，扫描和光谱技术。该方法实现了一个量子力学的最优策略，在理想化的条件下，可以被认为是无相互作用的。在实践中，一个数量级的减少在同等分辨率的损害似乎是可行的。
2016-12-15 physics.ins-det physics.optics quant-ph
From Hours to Seconds: Towards 100x Faster Quantitative Phase Imaging via Differentiable Microscopy
Harvard University（哈佛大学）；University of Moratuwa（莫拉图瓦大学）；UiT The Arctic University of Norway（挪威特罗姆瑟大学（挪威北极大学））；Karolinska Institute（卡罗林斯卡学院）
针对定量相位显微镜（QPM）通量受电子硬件限制的问题，提出可微分定量相位显微镜框架∂μ，通过可学习光学压缩与电子端重建实现64倍压缩，为高通量QPM系统提供新路径。
2023-10-09 cs.CV eess.IV physics.comp-ph
Remote scanning for ultra-large field of view in wide-field microscopy and full-field OCT
在大尺度和亚微米分辨率下对样品进行成像有助于生物医学研究。然而，形成这样的图像的像素的数量通常超过由常规相机提供的像素的数量。虽然大多数显微镜都配备了一个电动阶段，以取代试样，并获得图像瓷砖瓷砖，我们提出了一种替代策略，不需要任何移动部件在样品平面。我们建议在显微镜的检测单元中添加扫描机构，以顺序地收集视场的不同子区域。我们的方法称为远程扫描，与所有基于相机的显微镜兼容。我们评估的性能，在宽场显微镜和全场光学相干断层扫描，我们表明，可以实现的视野为2.2毫米，分辨率为1.1微米。我们最后证明，该方法特别适合于成像生物样品，如毫米工程组织。
2019-11-25 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
Quantum correlations overcome the photodamage limits of light microscopy
最先进的显微镜使用强烈的激光，可以严重干扰生物过程，功能和生存能力。这引入了只有量子光子相关性才能克服的性能限制。在这里，我们证明了这一绝对的量子优势，实现超出传统显微镜的无光损伤能力的信噪比。我们在相干拉曼显微镜中实现了这一点，我们用它来成像细胞内的分子键，具有量子增强的对比度和亚波长分辨率。这允许观察否则无法分辨的纳米级生物结构。相干拉曼显微镜允许高度选择性的生物分子指纹在未标记的标本，但光损伤是许多应用的主要障碍。通过证明这个障碍是可以克服的，我们的工作提供了一条通往灵敏度和成像速度的数量级改进的道路。
2020-09-12 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Surface Plasmon Polariton microscope with Parabolic Reflectors
报道了一种基于抛物面布拉格反射镜的二维表面等离子体激元光学显微镜的实现。这些镜子是由光刻制造的金纳米结构的金薄膜。我们通过泄漏辐射显微镜的直接成像表明，SPP显微镜的放大倍率遵循几何光学的基本预测。空间分辨率下降到衍射极限所设置的值进行了演示。
2010-02-03 physics.optics
Digital resolution enhancement in surface plasmon microscopy
已知使用光子晶体和负折射率材料将光学显微镜和光刻设备的分辨率提高到80 nm水平。在这里，我们证明，利用著名的数字图像恢复技术，使我们能够进一步提高分辨率的光学显微镜下降到30 nm的水平。我们的显微镜是基于一个平面介质镜沉积到一个阵列的纳米孔在薄金膜。该二维光子晶体镜可以具有正或负的有效折射率，如通过可见频率范围内的表面等离子体激元极化所感知的。由反射镜形成的光学图像使用简单的数字滤波器增强。
2005-12-16 physics.optics
Quantum-optimal nonlinear microscopy with classical light
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
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
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
Differentiable optimization of the Debye-Wolf integral for light shaping and adaptive optics in two-photon microscopy
通过具有高数值孔径的显微镜物镜控制光是光遗传学、自适应光学或激光加工等应用中的常见要求。光的传播，包括偏振效应，可以在这些条件下使用德拜-沃尔夫衍射积分来描述。在这里，我们利用可微优化和机器学习来有效地优化此类应用的Debye-Wolf积分。对于光整形，我们表明这种优化方法适合于在双光子显微镜中工程任意三维点扩散函数。对于基于可微模型的自适应光学（DAO），所开发的方法可以找到具有内在图像特征的像差校正，例如用遗传编码的钙指示剂标记的神经元，而不需要引导星。使用计算建模，我们进一步讨论的空间频率和像差的幅度，可以用这种方法进行校正的范围。
2022-11-30 cs.LG physics.bio-ph physics.optics
In-situ real-time observation of photo-induced nanoscale azo-polymer motions using high-speed atomic force microscopy combined with an inverted optical microscope
本文将针尖扫描式HS-AFM与倒置光学系统耦合，实现紧聚焦激光照射下偶氮聚合物纳米运动的原位实时成像与定量形貌分析。
2023-12-12 physics.chem-ph 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
Single-molecule orientation localization microscopy II: a performance comparison
已经开发了各种技术来测量荧光分子的2D和3D位置以及2D和3D取向，其精度优于标准落射荧光显微镜。由于典型的单分子实验中具有挑战性的信号背景比，因此必须选择针对特定目标样品优化的成像系统。在这项工作中，我们比较了多个国家的最先进的和常用的方法对测量精度的基本限制方向定位显微镜的性能。我们的分析揭示了各种实验条件和样品几何形状的最佳成像方法。有趣的是，对标准荧光显微镜的简单修改在许多成像场景中表现出优异的性能。
2021-01-31 eess.IV physics.app-ph physics.ins-det
Dynamic Spectral fluorescence microscopy via Event-based & CMOS image-sensor fusion
本文提出融合事件传感器与CMOS的宽场荧光显微镜，结合衍射光学编码和深度神经网络，实现微秒级时间分辨与纳米级光谱区分，验证了超快动态光谱成像能力。
2024-10-21 physics.optics
Spectral DiffuserScope: a compact snapshot hyperspectral microscope
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；UCB/UCSF Joint Graduate Program in Bioengineering, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校生物工程专业联合研究生项目）；Seoul National University（首尔大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）；Stanford University（斯坦福大学）；VIAVI Solutions Inc（维亚维解决方案公司）；Cornell University（康奈尔大学）
提出一种基于压缩感知的紧凑型快照高光谱显微镜，实现比传统快照系统更高的空间-光谱分辨率，并通过实验验证其在生物和临床应用中的高通量能力。
2026-07-01 physics.optics
Thermally limited force microscopy on optically trapped single metallic nanoparticles
提出并评价了一种基于驻波光阱的新型光学力显微镜。我们的显微镜，在现场校准和动态模式下运行，能够捕获，而不加热，作为一个高度敏感的探针外部辐射压力的单个金属纳米粒子的150 nm。基于Allan偏差的稳定性分析的设置产生了最佳的0.1 Hz的测量带宽，在该显微镜是热限制。在这个带宽，并与一个真正的正弦波外部驱动器，我们证明了一个光学力分辨率下降到3 fN在室温下的水与力检测的动态范围，覆盖近2个数量级。在光阱的受限和自由扩散状态下都能达到这种分辨率。在后者中，我们测量$10^{-11}$ m引起的位移上的被困纳米粒子，空间上限制在小于25 nm沿光轴。
2019-01-24 physics.app-ph physics.optics
Computational 3D topographic microscopy from terabytes of data per sample
Duke University（杜克大学）；Ramona Optics Inc.（拉蒙娜光学公司）；Yonsei University（延世大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出STARCAM大规模计算三维形貌显微镜，利用54相机阵列采集每样本2.1 TB数据，并通过自监督神经网络联合重建全景深合成图与三维高度图。
2023-06-05 cs.CV cs.LG eess.IV
Structured illumination in Fresnel biprism-based digital holographic microscopy
数字全息显微镜可以采用结构照明（SI）结构来提高空间分辨率。在本文中，我们提出并证明了一个紧凑和简单的SI方法在一个自参考共路配置的DH显微镜。由光盘产生的SI图案和菲涅耳双棱镜形成的共光路离轴几何结构相结合，引入了一种低成本和高稳定性的系统，以实现对振幅和相位物体的成像，并使空间分辨率成倍提高。实验结果的情况下，一个标准的测试样品验证预测的分辨率增强相比，传统的成像仪。所提出的DH方法允许活细胞成像，与传统的DH显微镜相比具有显著提高的清晰度。
2022-02-17 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
Field of view advantage of conjugate adaptive optics in microscopy applications
光学显微镜的成像性能会因样品引起的像差而降低。消除这些像差的影响的一般策略是使用可变形反射镜（DM）来应用波前校正。在大多数情况下，DM与显微镜光瞳共轭放置，称为光瞳自适应光学（AO）。当像差是空间变化的时，替代配置涉及将DM共轭物放置到主像差源，称为共轭AO。对于空间变化像差由定义明确的相位屏产生的简化情况，我们提供了两种配置的理论和实验比较。我们特别注意由此产生的校正视场（FOV）。发现共轭AO提供显著的FOV优势。虽然这一结果在天文学界是众所周知的，但我们的目标是专门为光学显微镜界重新塑造它。
2015-01-12 physics.optics
Transmission Electron Microscopy at the Quantum Limit
针对现有剂量高效电子显微镜构想与量子计量学关联不足的问题，本研究提出计算单电子携带信息量的框架，可评估显微镜架构相对单位剂量信息量子极限的效能，且相位成像下该极限比无像差Zernike相位衬度高至少一个数量级。
2022-01-23 physics.app-ph physics.optics
Multiphoton Label-Free ex-vivo imaging using a custom-built dual-wavelength microscope with chromatic aberrations compensation
无标记多光子显微镜是一种非常强大的光学显微镜，可用于研究样品，无需外源荧光探针，保留了多光子方法的主要优点，如更长的穿透深度和固有的光学切片，同时打开了使用不同技术进行系列检查的可能性。在无标记MPM的许多变化中，高次谐波产生（HHG）是最有趣的一个，因为它通常具有较低的光毒性，这使得对样品的检查特别容易受到光损伤。HHG和普通双光子显微镜（TPM）是成熟的技术，经常用于几个研究领域。然而，它们需要大量的微调才能充分利用，并且通常优化的条件差异很大，使得它们很难在不损害可提取信息的情况下并行执行。在这里，我们展示了我们定制的多光子显微镜，它能够同时进行TPM和HHG，而不会对结果产生任何影响，这要归功于两个独立的、单独优化的激光源，具有完全色差补偿。我们还将我们的设置应用于检查过多的离体样品，以证明我们的方法的显着优势。
2017-09-28 physics.bio-ph physics.optics
Continuous focal translation enhances rate of point-scan volumetric microscopy
双光子激光扫描显微镜是探索生物结构和功能的强大工具，因为它能够以紧密聚焦的方式光学切片样品。虽然可以通过移动载物台来获得3D图像堆栈，但是这种逐帧成像过程是耗时的。在这里，我们提出了一种易于实现和廉价的修改现有的双光子显微镜，以快速图像在3D中使用的电可调透镜，以创建一个重复的体积率的棋盘形扫描图案的方法。使用适当的插值算法，体积成像速率可以增加到四倍。这种能力提供了扩展的双光子显微镜到第三维更快的体积成像能够可视化动态的时间尺度上无法实现传统的阶段堆栈方法。
2019-09-09 physics.bio-ph physics.optics
Femtosecond-laser-pulse characterization and optimization for CARS microscopy
本文提出了一种简单的方法和实验装置，在不增加自激振荡器的情况下，在相干反斯托克斯喇曼散射显微镜中完全确定了泵浦-探测脉冲和斯托克斯脉冲的特性。我们的方法利用延迟线，无处不在，在这样的显微镜，执行卷积的泵浦和探测和斯托克斯脉冲作为其相对延迟的函数，它是基于从一个适当的非线性样品发射的光子的检测。非共振四波混频和和频产生信号的分析允许检索样品上的脉冲持续时间和每个脉冲的啁啾。这方面的知识是至关重要的最大化CARS成像的光谱分辨率和对比度。
2016-01-25 physics.optics
Enhancing Membrane-Based Scanning Force Microscopy Through an Optical Cavity
本文提出一种基于氮化硅薄膜和光学腔的扫描力显微镜，利用简正模式空间分离扫描与读出位点，面向仄牛顿量级低温应用。
2024-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spatio-angular fluorescence microscopy II. Paraxial 4$f$ imaging
我们调查的性质，单视图荧光显微镜在4 $f$几何成像荧光偶极子时，不使用标量或标量近似。我们表明，这种成像系统具有空间角度的频带限制，我们利用频带限制进行有效的模拟。值得注意的是，我们表明，近轴荧光显微镜记录的信息在焦点荧光团的合奏的面外取向。此外，我们表明，ESTA近似可能会导致有偏见的荧光团浓度的估计，但这些偏差是小的，当样品中包含许多随机取向的荧光团在每个可分辨的体积或不受约束的旋转荧光团。
2019-01-04 physics.optics q-bio.QM
Mid-IR-laser microscopy as a tool for defect investigation in bulk semiconductors
本文介绍的非破坏性光学技术是研究半导体缺陷的一种有效的新工具。这种技术的基本仪器-中红外激光显微镜-对自由载流子的积累敏感，使得能够研究体半导体中的电活性缺陷或杂质的积累和半导体结构中的掺杂域。该显微镜的光束诱导散射模式旨在研究复合活性缺陷，但与EBIC不同的是，它既不需要肖特基势垒或pn结，也不需要特殊的样品制备
2011-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Elongated focus optoacoustic microscopy with matched Bessel beam illumination and ultra-broadband axicon detection
当前的光声显微镜配置通常具有窄的焦距范围，这限制了它们用于快速体积成像应用。在这里，光声显微镜的焦点范围是通过匹配的细长的光学照明分布的贝塞尔光束与笔形光束的宽带轴棱锥检测器的声学灵敏度分布扩展。一个倒置的光声显微镜开发与可互换的光学照明和声检测单元，以评估成像深度和分辨率保留与照明和检测配置文件的几种组合。匹配贝塞尔照明与轴棱锥检测扩展了焦深17倍于传统配置。成像倾斜的小鼠耳朵与匹配的贝塞尔轴棱锥配置显示脉管系统的成像深度超过4.2毫米的光学分辨率，同时提供了6倍的增加，在相同的扫描时间内的成像体积相比，配置采用标准高斯照明，证明这种方法的承诺，增加应用光声显微镜在临床前研究。
2021-04-13 physics.bio-ph physics.optics
Bond-Selective Transient Phase Microscopy
相衬显微镜将由透明的、未标记的样品引入的光学相位转换成强度图像中的调制。现代相位成像技术能够量化视场中每个点的相移，从而实现材料和生命科学中的非破坏性应用。然而，这些吸引人的特征伴随着分子信息的缺乏。为了满足这一差距，我们开发了一种键选择性瞬态相位（BSTP）显微镜，使用红外吸收激发分子振动，从而导致通过定制的相位显微镜检测到的光学相变。通过使用脉冲泵浦和探测激光器，我们实现了高光谱保真度，亚微秒的时间分辨率，亚微米的空间分辨率为50帧/秒的BSTP成像，仅受相机传感器的限制。我们的方法将缺失的分子键信息与定量相联系起来，这为生物学和材料科学中的光谱成像铺平了新的道路。
2018-11-27 physics.bio-ph physics.optics
Supercritical angle microscopy and spectroscopy
荧光检测，无论是涉及传播或近场发射，被广泛用于光谱学，传感和显微镜。全内反射荧光（TIRF）通过渐逝（近）场限制荧光激发，并且它是用于表面选择性荧光测定的流行的对比度发生器。它的发射当量，超临界角荧光（SAF）是无条件建立的，虽然它实现了类似的光学切片TIRF。当荧光分子非常靠近界面并且其近场发射耦合到高折射率介质（n2 > n1）并且变得传播时，SAF出现。然后，大多数荧光在较高折射率衬底的一侧是可检测的，并且该荧光的大部分被发射到斯涅耳定律所禁止的角度中。SAF以及亚临界角荧光（UAF）（远场发射）分量可以用具有足够高的检测孔径NA > n2的显微镜物镜收集，并且通过傅立叶滤波在后焦平面（BFP）中分离。BFP图像编码有关荧光团辐射图案的信息，并且可以对其进行分析，以产生有关发射器嵌入的折射率，它们与界面的纳米距离及其方向的精确信息。SAF显微镜可以通过宽场光学器件以空间分辨的方式检索此近场信息，并且此功能可以添加到任何现有的倒置显微镜。
2020-01-15 physics.optics q-bio.QM
Confocal supercritical angle fluorescence microscopy for cell membrane imaging
我们展示了亚波长切片生物样品与传统的共聚焦显微镜。这种光学切片通过超临界角荧光现象实现，其中只有靠近折射率不连续界面的荧光团可以将辐射的传播分量发射到所谓的禁止角中。这种技术的简单性允许它集成到一个高数值孔径共焦扫描显微镜上的检测通道，只有一个简单的修改。共焦SAF显微镜将是实现高分辨率表面成像，特别是生物样品膜成像的有力工具
2013-12-21 physics.optics
High-throughput intensity diffraction tomography with a computational microscope
我们展示了一种无运动的强度衍射层析成像技术，使直接反演的3D相位和吸收强度仅测量弱散射样品。我们推导出一种新的线性前向模型，具有切片的相位和吸收传递函数，使用角度照明。这种新的框架有利于灵活和有效的数据采集，使照明角度的任意采样。重建算法执行3D合成孔径使用一个强大的，计算和存储器高效的切片反卷积，以实现分辨率不相干的限制。我们展示了我们的技术与厚的生物样品具有稀疏的三维结构和密集的细胞簇。我们进一步研究我们的技术的局限性时，成像强散射样品。成像性能和多重散射的影响进行评估，使用3D样品组成的堆叠相位和吸收分辨率的目标。这种计算显微镜系统直接建立在一个标准的商业显微镜与一个简单的LED阵列源插件，并承诺广泛的应用，利用无处不在的显微镜平台，以最小的硬件修改。
2018-04-09 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Nanoparticle characterization by using Tilted Laser Microscopy: back scattering measurement in near field
通过使用近场散射技术，显微镜可以很容易地变成测量静态和动态光散射的设备，这对于表征纳米颗粒分散体非常有用。到目前为止，基于显微镜的技术仅限于前向散射，最大可达30度。在本文中，我们提出了一种新的光学方案，克服了这一限制，扩展检测范围的角度大于90度（后向散射）。我们的光学方案是基于一个显微镜，一个宽的数值孔径物镜，和激光照明，与准直光束定位在一个大的角度相对于物镜的光轴（倾斜激光显微镜，TLM）。本文将通常只适用于傍轴散射的近场散射理论推广到强离轴情况。我们用几种不同直径的校准球形纳米粒子测试了我们的仪器和计算，进行了高达110度的静态和动态散射测量。测量的静态光谱和衰减时间与Mie理论和斯托克斯-爱因斯坦方程提供的扩散系数兼容。这种修改后的显微镜进行背散射测量的能力开辟了新的应用散射在近场技术的测量系统具有强烈的角度依赖性散射的方式。
2009-08-04 physics.ins-det physics.optics
Pixelation with concentration-encoded effective photons for molecular optical sectioning microscopy
本文提出一种基于体相荧光团绝对测量与泊松光子统计的简单工具，统一像素化测量单位，实现跨模态、跨系统、跨靶标的成像性能客观比较，并在活体标本中验证了低信噪比快速定量成像方法的可行性。
2023-07-10 physics.bio-ph 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
