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
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
Particle Tracking and Extended Object Imaging by Interferometric Super Resolution Microscopy
研制了一种干涉荧光显微镜和一种新的理论图像重建方法，用于获得活体生物样品的超分辨率图像，并实现动态实时跟踪。跟踪利用存储在照明非相干光和发射光两者的干涉图案中的信息。通过周期性地移动的干涉仪相位和相位恢复算法，我们获得的信息，允许定位与子-2 nm的轴向分辨率在5 Hz。
2018-02-14 physics.bio-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
Imaging the noncentrosymmetric structural organisation of tissue with Interferometric Second Harmonic Generation microscopy
我们报告的成像肌腱，结缔组织富含胶原蛋白I型蛋白，干涉二次谐波发生（I-SHG）显微镜。我们观察到，沿纤维轴向的非中心对称结构组织可保持在150 μm以上，而在横向上的非中心对称结构组织约为1-15 μm。这些结果解释建模肌腱作为一个非均匀分布的非中心对称的nanocylinders（胶原纤维）沿原纤维轴取向。非中心对称结构组织在几十微米范围内的保存表明，肌腱是由在一个方向上取向的原纤维所占的比例大于另一个方向的区域组成的。
2012-12-21 physics.bio-ph physics.optics
Dual-angle interferometric scattering microscopy for optical multiparametric particle characterization
该研究提出双角度干涉散射显微术（DAISY），通过结合前向和后向散射信息，无需介质先验知识即可同时定量单个纳米颗粒的尺寸与极化率，并推导其形态，成功在胎牛血清中区分了分形聚集体与球形颗粒。
2023-09-14 physics.bio-ph 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
Bond-selective interferometric scattering microscopy
干涉散射显微镜是一种非常有前途的技术，用于以高通量方式对从蛋白质到病毒的广谱生物纳米颗粒进行高灵敏度无标记成像。虽然它可以揭示样品的尺寸和形状信息，但化学成分在干涉测量中是无法获得的。红外光谱成像基于样品的固有化学键振动提供化学特异性，但由于长红外波长而缺乏成像和分辨单个纳米颗粒的能力。在这里，我们描述了一种键选择性干涉散射显微镜，其中中红外诱导的光热信号由宽视场共路干涉配置中的可见光束检测。利用薄膜分层衬底来减少反射光并为弱散射场的干涉检测提供参考场。采用脉冲中红外激光器调制干涉信号。随后通过虚拟锁定相机进行解调，同时提供数十个微米或纳米颗粒的化学信息。化学对比度产生于粒子散射场的微小变化，这是目标分子振动吸收的结果。我们的特点与亚波长聚合物珠和突出的生物学应用的化学成像几种微生物，包括金黄色葡萄球菌，大肠杆菌，白色念珠菌的系统。建立了一个理论框架，扩展键选择性干涉散射显微镜的生物微米和纳米粒子的广泛范围。
2021-06-05 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Label-free single molecule imaging with numerical aperture-shaped interferometric scattering microscopy
我们的能力，光学询问纳米级的对象是由它们的消光截面和衍射限制区域，光可以被限制在远场之间的差异控制。我们表明，放置在一个高数值孔径显微镜物镜的后焦平面附近的部分透射空间掩模增强了消光对比度的散射体附近的接口由约$T^{-1/2}$，其中T是transmittance的掩模。基于数值孔径的背景与散射光的区分代表了增加消光对比度的一般方法，并且使得常规无标记成像能够低至单分子水平。
2016-11-15 physics.bio-ph physics.optics
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
Multiscale Modeling and Analysis for High-fidelity Interferometric Scattering Microscopy
干涉散射显微镜（iSCAT），作为一种超灵敏的无荧光成像模式，最近得到了极大的关注，并迅速发展从原理演示到定量传感。在这里，我们报告的理论和实验研究iSCAT与样品的结构尺寸不同的4-5个数量级。特别是，我们演示和直观地解释了亚纳米表面粗糙度的玻璃盖玻片和云母表面上的绝对信号和金纳米粒子的点扩散函数的形状的深刻影响。这些量显著地影响用于确定目标尺寸和在所有三个维度上的位置的精度。此外，我们研究了一个样品系统模仿金纳米粒子在一个简化的细胞环境，并显示位置依赖性，甚至不对称的点扩散函数的纳米粒子。多尺度研究将促进高保真iSCAT在实际应用中的开发。
2020-05-26 physics.bio-ph physics.optics
An Integrated Ultralow Noise Spiral Interferometric Laser
MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）
本文提出了一种基于干涉仪的超低噪声芯片集成激光，实现了超窄线宽和低频率噪声，展示了在微波频率转换中的高性能表现。
2026-02-18 physics.optics
Investigation into spiral phase plate contrast in optical and electron microscopy
在显微镜的后焦平面中使用相位板是光学显微镜中的一种成熟技术，以增加弱相互作用样品的对比度，并且在电子显微镜中也引起了人们的兴趣。在本文中，我们研究的螺旋相位板（SPP），也被称为螺旋，涡流，或二维希尔伯特相位板，它增加了一个角度依赖的相位形式$e^{i\ellϕ}$的出射波在傅立叶空间。在大收集角的限制下，我们分析计算出一对$\ell=\pm1$ SPP图像的平均值与出射波的梯度平方成正比，解释了先前在光学SPP工作中看到的边缘对比度。讨论了顺时针-逆时针对SPP图像之间的差异以及这种差异消失和出射波的梯度可以从单个SPP图像中看到的条件。最后，我们演示了如何与三个图像，一个没有和一个与每个$\ell=\pm1$ SPP，可以提供足够的信息来重建的振幅和相位的出口波。这项工作提供了理论背景，解释与SPP获得的图像，并可以帮助使新的实验，例如在电子显微镜的磁性材料的研究。
2016-08-23 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
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
Local orbital angular momentum revealed by spiral phase plate imaging in transmission electron microscopy
光和物质波的轨道角动量（OAM）是近几年来受到越来越多关注的一个参数。具有良好定义的OAM的光束，即所谓的涡旋光束，已经应用于例如电信，天体物理学，纳米操纵和光学和电子显微镜中的手性测量。此外，由与样品的相互作用引起的波的OAM显示出巨大的兴趣潜力。在所有这些实验中，测量波的精确（局部）OAM含量是至关重要的，无论它是入射涡旋光束还是与样品相互作用后的出射波。在这项工作中，我们研究了使用螺旋相位板作为替代的可编程相位板用于光学测量OAM。我们推导分析如何可以用来研究任何波函数的本地OAM组件。通过数值模拟，我们说明了如何可以测量纯涡旋光束的OAM。我们还期待在未对准的涡旋光束的总和，并显示如何使用SPP的位置和OAM的每个单独的光束可以被检测。最后，我们看看在OAM诱导的磁偶极子上的自由电子波，并显示如何的SPP可以用来本地化的磁极和测量他们的“磁荷”。虽然我们的研究结果可以应用于研究的OAM的任何波函数，他们是特别感兴趣的电子显微镜，其中通用的可编程相位板还不存在。
2016-02-03 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
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
Vortex Interference Enables optimal 3D Interferometric Nanoscopy
本文提出 VILM 涡旋干涉定位显微术，利用反向涡旋相位板使 PSF 旋转编码轴向位置，以单通道实现最优三维 iSMLM，并用于细胞结构成像。
2025-02-19 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
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
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
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 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
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
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
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
Direct optical sensing of single unlabeled small proteins and super-resolution microscopy of their binding sites
二十多年前，科学家成功地将光学检测的极限推到了使用荧光的单个分子。这一突破彻底改变了生物物理测量，但生物物理学和标记协议的限制激发了许多努力，以实现生物研究中的无荧光单分子灵敏度。虽然已经提出了几个有趣的机制，使用振动光谱，光热检测，等离子体或微腔在单蛋白水平的生物传感，没有方法已经成功地直接标记的单个蛋白质的检测。在这里，我们提出的第一个结果，使用干涉检测散射（iSCAT）从单个蛋白质，而不需要任何标签，光学纳米结构或微腔。此外，我们展示了纳米定位精度的蛋白质结合的超分辨率成像。iSCAT仪器的易用性有望为工业应用和基础实验室实验带来突破。
2013-10-29 physics.bio-ph 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
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
Hilbert phase microscopy based on pseudo thermal illumination in Linnik configuration
定量相位显微术（QPM）通常基于记录物体参考干涉图案及其进一步的相位解调。我们提出了伪希尔伯特相位显微术（PHPM），其中我们结合伪热光源照明和希尔伯特螺旋变换相位解调，以实现混合硬件-软件驱动的噪声鲁棒性和提高单次相干QPM的分辨率。这些有利的特征源于物理地改变激光空间相干性和数值地恢复光谱重叠的物体空间频率。PHPM的能力证明分析校准的相位目标和活的HeLa细胞比较，激光照明和相位解调，通过时间相移和傅立叶变换技术。进行的研究验证了PHPM的独特能力，以耦合单次拍摄成像，噪声最小化，并保留相位细节。
2022-09-20 physics.bio-ph physics.optics
Bayesian inference for precise and uncertainty-quantified single-shot widefield interferometric geometrical nanometrology
针对半导体光波导几何参数测量需求，提出基于动态嵌套采样的贝叶斯推理框架，从单次宽场干涉图中估计参数并量化不确定性，减少对近场扫描方法的依赖，经实验验证可高精度测量8nm脊形波导，为半导体制造监测提供工具。
2025-11-12 physics.optics stat.AP
Phase retrieval enhanced by quantum correlation
量子关联，如纠缠和压缩已被证明，以改善相位估计的干涉设置在一方面，和振幅对象的非干涉成像方案的另一方面。在最后一种情况下，一对光束之间的量子相关导致图像强度图案的子散粒噪声读出，其中可以理解否则隐藏在噪声中的弱细节。在本文中，我们提出了一种技术，利用纠缠增强定量相位检索的对象在非干涉设置，即只测量传播后的强度图案与对象的相互作用。该方法利用了现有技术，它在宽场模式下操作，因此不需要耗时的光栅扫描，并且可以在入射场的小空间相干性下操作。该协议可以在光学显微镜和X射线成像中找到应用，从而减少实现固定信噪比所需的光子剂量。
2021-09-21 physics.optics quant-ph
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
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
Sub-nanometer height sensitivity by phase shifting interference microscopy under ambient environmental fluctuations
相移干涉（PSI）技术是最灵敏的相位测量方法之一。由于它的高灵敏度，任何微小的相位变化所造成的环境不稳定的结果，到，不准确的相位测量。因此，使用PSI实施测量精确的相位图，必须有一个校准良好的压电传感器（PZT）和高度稳定的环境。在这里，我们提出了一种新的方法来记录时间相移干涉图和一个数值算法，它可以恢复样品的相位图与周围环境波动的误差可以忽略不计。该方法通过记录连续时间相移干涉图的视频来实现，并且使用新开发的算法以小于或等于5.5*10-4*pi rad的高精度计算所有数据帧之间的相移。为了证明所提出的方法的鲁棒性，采用手动平移阶段来引入数据帧之间的连续时间相移。首先验证所开发的算法进行定量相位成像的光波导和红细胞，使用未校准的PZT的振动/空气湍流的影响下，并与良好的校准PZT的结果进行比较。此外，我们证明了所提出的方法的潜力，通过获取的光波导的肋高度只有2 nm的定量相位成像。利用12位CMOS摄像机测量了浅脊形波导的高度，在不使用PZT和存在环境波动的情况下，高度灵敏度为4埃。
2018-12-02 physics.optics
Designing electrostatic MEMS-based electron optics: the case of the spiral phase plate
University of Modena and Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；CNR-Nanoscience Institute（国家研究委员会纳米科学研究所）；CNR-Institute for Microelectronics and Microsystems（国家研究委员会微电子与微系统研究所）
本文提出了一种基于MEMS的螺旋相板设计方法，通过精确建模和实验验证，实现了对电子束相位的可控调控。
2026-02-23 physics.ins-det physics.optics
DeepBessel: deep learning-based full-field vibration profilometry using single-shot time-averaged interference microscopy
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）
DeepBessel通过深度学习方法提升单次时间平均干涉显微镜的振动测量精度，减少传统方法的重建误差，为MEMS/MOEMS应用提供新的光学计量解决方案。
2026-01-07 physics.optics
Quantitative Histopathology of Stained Tissues using Color Spatial Light Interference Microscopy (cSLIM)
临床上的组织活检评估需要定量的疾病标志物用于诊断，最重要的是，预后。在这些新技术中，定量相位成像（QPI）已经证明了组织病理学的前景，因为它通过折射率揭示了内在的组织纳米结构。然而，绝大多数过去的QPI研究依赖于成像未染色的组织，这破坏了既定的标本处理。在这里，我们提出了彩色空间光干涉显微镜（cSLIM）作为一种新的整体载玻片成像方式，进行干涉成像与彩色探测器阵列。因此，cSLIM在单次扫描中产生病理学家熟悉的内在组织相位图和标准彩色明场图像。我们对196例乳腺癌患者的研究结果表明，cSLIM不仅可以提供诊断信息，还可以从肿瘤微环境中胶原纤维的排列中提供预后信息。通过简单的数学归一化校正染色对组织相位图的影响。这些特征可能会减少新cSLIM技术的临床转化障碍。
2018-06-10 physics.med-ph physics.optics q-bio.TO
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
Optimal illumination pattern for transport-of-intensity quantitative phase microscopy
强度输运方程（TIE）是一种成熟的非干涉相位恢复方法，它通过测量多个轴向位移平面上的强度来实现透明样品的定量相位成像（QPI）。然而，它仍然受到两个基本限制。首先，它对低频误差（如\cloudy“伪影）非常敏感，这是由零频率附近相位传递函数（PTF）的对比度差引起的。其次，在空间低相干照明下，尤其是离焦距离超过近菲涅耳区时，重构相位趋于模糊。最近的研究表明，照明孔径的形状对分辨率和相位重建质量具有显著影响，并且通过简单地用环形照明孔径代替传统的圆形照明孔径，可以解决或至少显著减轻这两个限制。然而，环形孔径先前是基于与PTF的形状相关的直观标准根据经验设计的，这不能保证最优性。在这项工作中，我们优化的照明模式，以最大限度地提高TIE的性能的基础上的组合定量标准，用于评估\goodness“的光圈。为了使解搜索空间的大小易于处理，我们将我们的注意力仅限于二进制编码的轴对称照明图案，其更容易实现并且可以生成各向同性TIE PTF。我们测试获得的最佳照明成像的相位分辨率目标和HeLa细胞的基础上小间距的LED阵列，这表明优于其他次优模式的信噪比（SNR）和空间分辨率方面的性能。
2018-08-20 eess.IV physics.optics
Laser light-field fusion for wide-field lensfree on-chip phase contrast nanoscopy
University of Waterloo（滑铁卢大学）
宽视场无透镜片上显微镜利用全息原理在没有透镜的情况下捕获干涉光场编码，是一种新兴的成像模式，与基于透镜的技术相比具有大视场。在这项研究中，我们介绍了无透镜片上相衬纳米显微镜的激光光场融合的想法，其中使用具有不同波长的激光脉冲的片上设置获得的干涉激光光场编码被融合以产生无标记的高质量相衬图像，其分辨率超过传感器阵列的像素间距的五倍，超过衍射极限的40%。作为概念的证明，我们展示了，第一次，宽场无透镜片上仪器成功地检测300 nm的颗粒，导致在一个大的视场$\sim$ 30 mm $^2$的数值孔径为1.1，没有任何专门的或复杂的样品制备，或使用合成孔径或移位为基础的技术。
2016-05-30 cs.CV physics.ins-det physics.optics
High precision micro-optical elements on fiber facets via focused-ion beam machining
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文利用聚焦离子束在单模光纤核心一步法制备微球、微螺旋和微阿基米德螺旋结构，实现高精度光学元件集成，应用于量子技术中的光纤微腔、中性原子捕获和自由空间量子网络链接。
2026-10-06 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
