Single-Beam Coherent Raman Spectroscopy and Microscopy via Spectral Notch Shaping
拉曼光谱是研究分子振动模式和结构的关键技术之一。在相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱中,分子振动光谱通过泵浦、斯托克斯和探测光子的三阶非线性相互作用来解析,通常使用具有多个光束和激光源的复杂实验装置。虽然CARS已经成为一种广泛应用的无标记化学成像和污染物检测技术,但其多源,多光束实验实施具有挑战性。在这项工作中,我们提出了一个简单的,易于实施的计划进行单光束CARS光谱和显微镜使用一个单一的飞秒脉冲,由一个可调窄带陷波滤波器成形。作为多源的替代,单个宽带脉冲同时提供泵浦、斯托克斯和探测光子,激发宽带振动能级。利用谐振光子晶体板状滤波器形成的可调谐光谱陷波作为窄带延时探针,获得了高光谱分辨率。使用该方案,整个振动频谱可以在单次多路复用测量中解析,从而避免了对多源配置或复杂脉冲整形装置的需要。我们展示了在300 cm ^{-1}-1000 cm ^{-1}光谱范围内的各种样品的高分辨率单光束显微光谱和振动成像。
2010-02-04 physics.chem-ph physics.optics
Double tips for in-plane polarized near-field microscopy and spectroscopy
本文提出双针尖技术,提供面内偏振,增强近场成像与光谱性能,虽分辨率略低,但支持偏振控制,拓展纳米材料研究范围。
2024-08-21 physics.app-ph physics.optics
Sum-Frequency Generation Spectro-Microscopy in the Reststrahlen Band of Wurtzite-type Aluminum Nitride
本研究结合非线性光学成像与SFG光谱学优势,利用红外自由电子激光实现SFG光谱显微,以纤锌矿型氮化铝验证可行性,实验与理论吻合,有望为铁性材料等非均匀体系提供空间分辨光谱信息。
2024-06-05 physics.ins-det physics.optics
Fourier plane optical microscopy and spectroscopy
强度、波矢、相位和偏振是任何光束最重要的参数。了解波矢分布已成为一个非常重要的问题,在最近几天,特别是在纳米尺度。它提供了关于光-物质相互作用的独特信息。后焦平面或傅立叶平面成像和光谱技术不仅有助于测量单个分子和单个纳米结构的波矢量分布,还有助于测量超材料表面和超材料的波矢量分布。本文综述了后焦成像和光谱技术的概况,发展该技术的不同方法和应用,包括分子荧光和拉曼信号的角发射模式,首先从成像和光谱学两个角度讨论了在物镜后焦平面上可以获得的信息,然后讨论了可能的用于将物镜的后焦平面投影到成像相机或分光镜上的配置。我们还讨论了这种测量中可能的误差来源和克服它的可能方法,然后阐明可能的应用。
2020-01-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Photothermal Microscopy & Spectroscopy with Nanomechanical Resonators
本文提出了一种基于纳米机械谐振器的光热显微镜与光谱学方法,通过将被测物质作为检测系统的一部分,利用热弛豫引起的谐振频率偏移实现高灵敏度光谱测量和显微成像,
2023-06-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
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
Electron microscopy probing electron-photon interactions in SiC nanowires with ultra-wide energy and momentum match
纳米材料通常可以捕获光并与其强烈相互作用,从而导致许多光子器件应用。光-物质相互作用的研究通常采用光学光谱技术,但其存在衍射受限、动量传递微小、激发/探测不连续等局限性。本文利用扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱(STEM-EELS)技术,利用超宽的能量和动量匹配和亚纳米空间分辨率,研究了单根SiC纳米线的光学微腔共振谱。同时激发和探测到纵向法布里-珀罗(FP)共振模和横向回音壁模(WGM),其光谱范围从近红外(~ 1.2 μm)到紫外(~ 0.2 μm),动量传递范围可达108 cm{^{-1}}。纳米线的共振光谱的尺寸效应也被揭示。此外,共振EELS的纳米尺度的衰减长度被揭示,这是由SiC纳米线中的强局域化的电子-光子相互作用。这一工作为研究单根纳米线结构的光共振光谱和介电纳米结构中光-物质相互作用提供了一种新的方法,也为利用光子结构调制自由电子提供了一种新的途径.
2022-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Coherent multi-dimensional widefield microscopy
Università Cattolica del Sacro Cuore(天主教大学);ILAMP (Interdisciplinary Laboratories for Advanced Materials Physics)(先进材料物理跨学科实验室);KU Leuven(荷语鲁汶大学);Purdue University(普渡大学)
本文提出一种结合多维相干光谱与光学成像的宽场二维电子光谱显微镜,实现飞秒时间和微米空间分辨率,无需空间扫描即可获取近红外激发的二维电子光谱图,揭示了异质系统的退相干动力学和相干耦合。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Monitoring cis-to-trans isomerization of azobenzene using Brillouin microscopy
Heidelberg University(海德堡大学);Max Planck School Matter to Life(马克斯·普朗克物质与生活学院)
利用布里渊显微镜监测联苯胺的顺式-反式异构化过程,并通过实验验证其在原位监测中的有效性。
2024-06-25 physics.optics
Atomic-scale Stark-shift spectroscopy and microscopy of organic molecules
Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-EHU(材料物理中心(CFM-MPC),CSIC-EHU);Department of Electricity and Electronics, FCT-ZTF, EHU(电气电子系,FCT-ZTF,EHU);Institute of Physics, Czech Academy of Sciences(捷克科学院物理研究所);Donostia International Physics Center(圣塞巴斯蒂安国际物理中心);IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯基克,巴斯克科学基金会)
本研究提出了一种原子尺度斯图尔特移光谱学方法,用于解析单分子在强不均匀电场下的激发态电荷动态。
2026-03-04 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Portable, cost_effective UV_vis_NIR microspectrophotometer for absorption and fluorescence microscopy and spectroscopy
Department of Electrical and Computer Engineering, Texas A & M University(德克萨斯农工大学电气与计算机工程系)
本文提出一种便携、低成本的双头紫外-可见-近红外显微分光光度计,通过创新照明与物镜设计将成本降低20倍以上,并验证了其在染料、蛋白质晶体和活细胞等样品上的高精度原位吸收与荧光光谱测量能力。
2025-11-06 physics.optics
High-extinction VIPA-based Brillouin spectroscopy of turbid biological media
布里渊显微镜是近年来发展起来的一种表征生物组织、细胞和生物材料力学特性的有力技术。然而,布里渊显微镜的潜力目前仅限于透明样品,因为布里渊光谱仪没有足够的光谱消光,以拒绝主要的非布里渊散射光的混浊介质。为了克服这个问题,我们开发了一个光谱仪组成的两个VIPA阶段和多程法布里-珀罗干涉仪。法布里-珀罗标准具作为一种超窄带布里渊光滤波器,具有高光谱消光和低损耗。我们报告了来自Intraperoid溶液和鸡肌肉组织内高达100微米深的无背景布里渊光谱。
2016-04-17 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Broadband Fourier-Transform Optical Photothermal Infrared Spectroscopy and Imaging
本研究针对光学光热显微术光谱范围受红外光源调谐限制的问题,采用超宽带同步加速器红外辐射实现覆盖全中红外的光热成像与光谱,提升了光谱范围和空间分辨率,并结合同步微光谱实现小鼠脑组织细胞区分。
2024-06-24 physics.app-ph physics.optics
Analysis of carbon content in direct-write plasmonic Au structures by nanomechanical scanning absorption microscopy
化学成分的测定对于高精度器件制造和先进工艺开发的质量控制至关重要。对于可靠的化学成分表征,靶材料的一定相互作用体积对于诸如能量色散X射线光谱(EDX)和电子能量损失光谱(EELS)的常规技术是必要的。然而,这仍然是纳米结构的挑战。因此,我们提出了一种替代技术,用于测量有限体积的纳米结构的化学组成。通过测量纳米结构的光吸收的差异,由于化学成分的差异与纳米机械谐振器的谐振频率失谐以及分析光学建模的帮助,我们证明了表征直写聚焦电子束诱导沉积(FEBID)金纳米结构中的碳含量的可能性。
2020-10-22 physics.ins-det physics.optics
Spatial Modulation Microscopy for Real-Time Imaging of Plasmonic Nanoparticles and Cells
空间调制显微镜是一种最初为单个纳米物体的定量光谱学而开发的技术。在这里,一个平行的实现的空间调制显微镜技术的基础上,能够在kHz的频率解调线检测器。使用等离子体纳米天线阵列和与金纳米颗粒孵育的树突状细胞显示成像系统的能力。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.med-ph
Interscale Mixing Microscopy: far field imaging beyond the diffraction limit
我们提出了一个分析描述和实验实现的尺度间混合显微镜,基于衍射的成像技术,能够检测波长/10的物体在远场测量相干和非相干宽带光。该方法的目的是基于物体和有限衍射光栅产生的干涉的远场测量来恢复由亚波长物体衍射的光的空间光谱。分析多个衍射级的单个测量通常足以确定物体的参数。所提出的形式主义打开了大门,在远场的纳米级物体的光谱。
2016-04-18 physics.optics
Understanding the Plasmonics of Nanostructured Atomic Force Microscopy Tips
结构化金属尖端对于诸如尖端增强拉曼光谱(TERS)的光学光谱学越来越重要,其中等离子体共振经常被引用为电场增强的机制。我们探测局部光学响应的尖锐和球形尖端的原子力显微镜(AFM)的提示,使用扫描高光谱成像技术,以确定等离子体行为。局部表面等离子体共振辐射耦合与远场光被发现只有球形AFM提示,与尖锐的AFM提示,在协议的近场响应的数值模拟的响应很小。因此,精确的尖端几何形状对于等离子体增强光谱学是至关重要的,并且典型的尖锥不是优选的。
2016-07-22 physics.optics
Optical gradient force nano-imaging and -spectroscopy
纳米尺度力在不同的扫描探针显微镜中起着重要的作用,最著名的是原子力显微镜(AFM)。相比之下,在扫描近场光学显微镜(SNOM)中,通常通过散射到远场来检测针尖和样品之间的光诱导耦合局部光学偏振。与光学近场激发相关联的光学梯度力的测量将提供一种新颖的光学扫描探针模态。在这里,我们提供了一个广义的光学梯度力纳米成像和光谱学理论。我们量化的大小和距离依赖的光学梯度力及其光谱响应。我们表明,光学梯度力是分散的单粒子电子和振动共振,不同于最近声称的实验观察。相反,对于集体共振,力可以是吸收性的。我们提供了一个指导,其测量和竞争过程,如热膨胀的区别。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Deep-Learning-Aided Extraction of Optical Constants in Scanning Near-Field Optical Microscopy
本文提出用深度学习网络自动提取扫描近场光学显微镜中的光学常数,相比传统拟合方法在模拟光谱上具有更高精度、抗噪性和计算速度。
2022-02-07 physics.optics
Mid-infrared Energy Deposition Spectroscopy
本文提出中红外能量沉积(MIRED)光谱学,通过时间分辨探测瞬态能量沉积,将光谱编码速度上限提升至皮秒级振动弛豫尺度,并兼顾微秒时间分辨率、亚微米空间分辨率与单分子灵敏度。
2024-10-24 physics.ins-det physics.optics
Multi-tip near-field scanning thermal microscopy
提出了一个理论来描述在近场区的热通量的相互作用的纳米发射器在真空中或以上的固体表面保持在不同的温度。我们表明,这种热能可以集中,甚至放大的斑点,比那些获得一个单一的热源。我们还证明了使用特定的几何配置局部泵热的可能性。这些身体效应为多尖端近场扫描热显微镜铺平了道路,该显微镜可以在纳米级热管理,热辅助数据记录,纳米级热成像,热容测量和纳米物体的红外光谱等领域中找到广泛的应用。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Tip enhanced IR imaging with sub-10 nm resolution and hypersensitivity
IR光谱法通过测量整个系统的平均信号,已广泛用于在特定时间和空间域中发生的反应的化学鉴定和定量分析1。实现具有纳米级空间分辨率的IR测量对于获得对界面的组成、结构和功能的详细理解是非常期望的2 -5。由于分子截面小和原始的光学衍射极限,红外纳米显微镜仍然存在挑战。尽管基于原子力显微镜(AFM)的技术,如散射型扫描近场光学显微镜和光热诱导共振显微镜(PTIR),可以获得几十纳米级分辨率的红外光谱6 -9,但具有单层水平灵敏度的红外测量仍然难以实现,只能在临界条件下实现10,11。在这里,我们展示了次10 nm的空间分辨率采样的体积~360个分子与强场增强在样品尖端结通过实施贵金属基板(金,银,铂)在光诱导力显微镜(PiFM)。该技术显示了PiFM的多功能性和鲁棒性,并且有希望应用于具有超敏性和超空间分辨率的界面研究。
2019-09-30 physics.ins-det physics.optics
Seeing the Unseen -- Boosted Absorption Imaging and Spectroscopy Using a Scanning Microresonator
由于纳米级物体与光的相互作用极其弱相互作用,不依赖于荧光的纳米级物体的光学检测是当前的挑战。共振增强吸收显微镜是一种新的工具,大大提高了光与物质的相互作用。它将高灵敏度的空间分辨成像与光谱学相结合,为纳米技术,材料设计和生命科学中的纳米尺度系统的检测和分析提供了一种有竞争力的替代方法。
2022-12-22 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Fluorescence microscopy beyond the ballistic regime by ultrasound pulse guided digital phase conjugation
荧光显微镜在过去的三十年里彻底改变了生物医学研究。其高分子特异性和无与伦比的单分子水平灵敏度使各种研究领域取得了突破。对于体内应用,其主要限制是表面成像深度,因为生物组织中的随机散射导致光波的弹道分量的指数衰减。在这里,我们提出了超越弹道制度相结合的单周期脉冲超声调制和数字光学相位共轭的荧光显微镜。我们证明了近各向同性的三维局部声-光相互作用的成像深度高达十三个散射路径长度。由于数字光学相位共轭系统提供了极高的光学增益,我们可以为高散射介质内的焦点提供足够的光功率,不仅可以用于荧光显微镜,还可以用于各种线性和非线性光谱测量。这项技术为基础生物学研究和临床研究中的许多重要应用铺平了道路。
2012-03-20 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
Hybrid Machine Learning for Scanning Near-field Optical Spectroscopy
实验观察背后的基本物理学往往缺乏简单的分析描述。这是特别是扫描探针显微镜技术的情况下,探针和样品之间的相互作用是不平凡的。真实的建模,包括细节的探头总是指数更困难的比它的“球形奶牛”的同行。另一方面,基于真实数据的经过良好训练的人工神经网络可以抓住信号和样本属性之间隐藏的相关性。在这项工作中,我们表明,通过模型计算和实验数据采集相结合,物理注入的混合神经网络可以预测广泛使用的散射型扫描近场光学显微镜中的针尖-样品相互作用。这种混合网络为从特定尖端原始数据中准确提取材料特性提供了长期寻求的解决方案。该方法可以扩展到其他扫描探针显微镜技术以及其他面向数据的物理问题一般。
2021-05-21 physics.data-an physics.ins-det physics.optics