Confocal 3D reflectance imaging through multimode fibers without wavefront shaping
通过光学多模光纤（MMF）成像有可能使头发丝薄的内窥镜，减少组织和器官深处成像的侵入性。目前的方法主要需要主动波前整形和荧光标记，这限制了它们在临床前应用中的使用，并阻碍了成像速度。在这里，我们提出了一种计算方法来重建深度选通共焦图像使用光栅扫描，聚焦输入照明。我们证明了这种方法与定量相位，暗场和偏振成像的兼容性。通过MMF的计算成像为医学诊断和生物研究中的微创成像开辟了新途径。
2021-09-03 physics.optics
Non-invasive and noise-robust light focusing using confocal wavefront shaping
针对组织内源荧光信号微弱、反馈易受噪声影响的问题，本文提出照明与成像双臂共聚焦调制的波前整形方法，并推导调制评分函数，实现厚散射组织中 EGFP 标记神经元的高信噪比成像。
2024-01-21 physics.optics
Digital confocal imaging in holographic optical coherence tomography at high space-bandwidth product
Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）
提出一种马赫-曾德尔配置的倾斜照明全场傅里叶域OCT系统，通过超定系统闭式解实现数字共聚焦重建，提升空间带宽积利用和分辨率，结合两类OCT优势。
2026-10-06 physics.app-ph physics.med-ph 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
Non-line-of-sight imaging with arbitrary illumination and detection pattern
针对现有非视域成像需密集测量且受限于继面模式的问题，提出贝叶斯框架与CC-SOCR算法，支持任意照明探测模式，稀疏测量即可高质量重建反射率与法线，提升适用性。
2022-11-01 eess.IV physics.optics
Answering some questions about structured illumination microscopy
结构照明显微镜（SIM）提供的图像的荧光物体在一个增强的分辨率大于传统的落射荧光宽视场显微镜。最初在1999年被证明可以将横向分辨率提高两倍，此后它被扩展到将轴向分辨率提高两倍（2008年），应用于活细胞成像（2009年）并与无数其他技术相结合，包括干涉检测（2008年），共聚焦显微镜（2010年）和光片照明（2012年）。尽管取得了这些令人印象深刻的进展，SIM也许仍然是人们了解最少的“超分辨率”方法。在这篇文章中，我们回答了Prakash等人提出的关于SIM的13个问题，以及另外三个问题的答案。在提供了一个一般概述的技术及其发展，我们解释了为什么SIM通常使用的仍然是衍射限制。然后，我们强调了非多项式的必要性，而不仅仅是非线性的，响应于照明光，以使SIM一个真正的，衍射无限的，超分辨率技术。此外，我们提出了一个推导的真实空间SIM重建方法，可用于处理传统的SIM和图像扫描显微镜（ISM）的数据，并扩展到处理数据与准任意照明模式。最后，我们提供了一个简单的文献计量分析SIM的发展在过去的二十年中，并提供了一个简短的展望未来的工作。
2021-11-16 physics.optics
Tsang's resolution enhancement method for imaging with focused illumination
本文研究了Tsang方法与图像扫描的联合作用，实验证明该方法比单独使用任一方法具有更优的横向分辨率和图像质量，为在现有显微镜中引入空间解复用突破光学分辨率边界铺平了道路。
2024-05-31 physics.optics quant-ph
High Resolution, Deep Imaging Using Confocal Time-of-flight Diffuse Optical Tomography
组织的光散射严重限制了人们可以在表面之下成像的深度，以及人们可以从这些图像中获得的空间分辨率。扩散光学层析成像（DOT）是用于在组织内部深处成像的最强大的技术之一--远远超出了弹道成像技术（例如共焦和双光子显微镜）所能容忍的常规$\sim$ 10-15平均散射长度。不幸的是，现有的DOT系统是有限的，只能实现厘米级的分辨率。此外，它们遭受缓慢的采集时间和缓慢的重建速度，使得实时成像不可行。我们表明，飞行时间扩散光学层析成像（ToF-DOT）和它的共焦变体（CToF-DOT），通过利用光子的旅行时间信息，使我们能够实现毫米空间分辨率的高度散射扩散制度（$> 50 $平均自由路径）。此外，我们展示了两个额外的创新：聚焦共焦测量，和多路复用的照明源，使我们能够显着减少测量采集时间。最后，我们依赖于一种新型的卷积逼近，使我们能够开发一种快速重建算法，与传统DOT重建技术相比，重建时间实现了100倍的$\times$加速。总之，我们相信这些技术进步是使用DOT实现实时、毫米分辨率、深层组织成像的第一步。
2021-05-27 eess.IV physics.optics
Steerable dual-trap optical tweezers with confocal position detection using back-scattered light
本文提出一种可转向双阱光镊新设计，利用背散射光与共聚焦探测实现零串扰、抗热漂移的位置检测，并易于与标准显微技术集成。
2024-11-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.ins-det
Deep Imaging in Scattering Media with Single Photon Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM)
在大多数生物组织中，由于折射率的微小差异引起的光散射限制了光学成像系统的深度。双光子显微镜（2PM），它显着减少了激发光的散射，已成为最常见的方法来成像散射生物组织内的深处。然而，该技术需要高功率脉冲激光器，其既昂贵又难以集成到紧凑的便携式系统中。在本文中，使用理论和实验技术相结合，我们表明，选择性平面照明显微镜（SPIM）可以成像近2PM深，而不需要高功率脉冲激光。与其他单光子成像技术（如落射荧光和共聚焦显微镜）相比，SPIM可以在散射介质中成像超过两倍的深度（约为平均散射长度的10倍）。这些结果表明，SPIM有潜力提供散射介质中的深度成像的情况下，2PM系统将过于庞大或昂贵。
2016-04-23 physics.ins-det physics.optics
Manifestation of aberrations in full-field optical coherence tomography
我们报告了一个理论模型，在全视场光学相干层析成像（FFOCT）的图像形成。由于照明的空间非相干性在FFOCT中起到了虚拟共焦针孔的作用，其成像性能相当于扫描时间选通相干共焦显微镜。在协议的光学实验，使像差的精确控制，FFOCT被证明有近两倍的标准成像在中等像差水平的分辨率。除了对FFOCT的像差灵敏度进行严格的研究之外，该理论模型还为自适应光学器件和\rev{computational tools}的优化设计铺平了道路，用于生物组织的高分辨率和深度成像。
2021-07-02 physics.bio-ph physics.optics
K-space interpretation of image-scanning-microscopy
本文通过k空间分析揭示相干图像扫描显微术等效于聚束合成孔径雷达和倾斜照明显微术，并数值证明可用单个k空间探测器实现ISM。
2023-01-11 eess.SP physics.app-ph physics.med-ph
Laser scanning reflection-matrix microscopy for label-free in vivo imaging of a mouse brain through an intact skull
我们提出了一种激光扫描反射矩阵显微镜相结合的激光焦点的扫描和宽场映射的电场的后向散射波消除高阶像差，即使在存在强烈的多次光散射噪声。与传统的共焦激光扫描显微镜，我们记录的振幅和相位图的反射波从样品不仅在共焦针孔，但也在其他非共焦点。这些额外的测量导致我们构建一个时间分辨的反射矩阵，与样品诱导的照明和检测路径的像差分别识别和校正。我们实现了在体反射成像的有髓轴突通过一个完整的头骨的活小鼠的空间分辨率接近理想的衍射极限。此外，我们证明了近衍射限制的多光子成像通过一个完整的头骨，通过物理校正从反射矩阵确定的像差。所提出的方法有望扩大应用范围，其中生物组织内部的详细微观信息的知识是至关重要的。
2019-10-08 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Light sheet and light field microscopy based on scanning Bessel beam illumination
本研究开发了基于扫描贝塞尔光束的LSFM系统，实现厚生物样本高速高分辨成像，同时引入LFM进一步提升3D活体成像时间分辨率，并发现了LFM在图像动态范围上的新特性。
2023-11-04 physics.bio-ph physics.optics
Photonic integrated circuits for life sciences
我们报告了氮化硅（SiN）光子集成电路（PIC）在高价值仪器中的应用，即多色激光引擎（MLE），这是应用于共聚焦显微镜、荧光显微镜（包括超分辨率受激发射耗尽（STED）显微镜）、流式细胞术、光遗传学、遗传分析和DNA测序等尖端生物光子系统的核心要素。这些都有一个共同点，即分子-荧光团，或者在光遗传学的情况下，光门控离子通道-的选择性光激发，激光辐射落在它们的吸收光谱内。分子或细胞亚群的非生物相容性鉴定通常需要联合分析来自几种荧光标记物的荧光信号，因此需要MLE为几种市售生物相容性荧光团提供激发波长。除了提供所需的波长外，MLE还需要许多功能：在Hz至kHz范围内的可变衰减和/或数字强度调制是许多应用所必需的，例如光学捕获，寿命成像或光漂白后的荧光恢复（FRAP）。此外，激光器在两个光纤输出之间的切换可以用于例如在扫描共焦显微镜和宽场照明模式之间切换，例如用于常规荧光成像。
2020-12-15 physics.ins-det physics.optics
Inline holographic microscopy through fiber imaging bundles
光纤成像束被广泛地用作薄的、被动的图像导管，用于内窥镜和内窥镜显微术，特别是用于共焦荧光成像。通过光纤束的全息显微术更具挑战性;相位共轭方法很复杂，需要大量的校准。本文介绍了如何简单的内联全息显微镜可以通过成像束使用部分相干照明光源从多模光纤。样品在透射中成像，其中强度全息图由束采样并传输到远程相机。然后，全息图可以被数值重新聚焦的体积成像，实现约6微米的分辨率超过1毫米的深度范围。该计划不需要任何复杂的事先校准，因此是不敏感的弯曲。
2020-09-15 eess.IV physics.optics
Full-field Brillouin microscopy based on an imaging Fourier transform spectrometer
本文提出基于成像傅里叶变换光谱仪的全场布里渊显微方法，利用布里渊光谱对称性实现每秒40,000条光谱的高速采集，较共聚焦方法提升约三个数量级，并保持高空间分辨率。
2024-09-03 physics.optics
Optimal transfer functions for bandwidth-limited imaging
经典光学显微镜的基本限制之一是光学分辨率的衍射极限。它是由光学显微镜的光学传递函数（或OTF）的有限带宽引起的，这限制了显微镜透射的最大空间频率。然而，考虑到OTF的频率支持，其完全由所使用的光学硬件确定，一个开放且未解决的问题是什么是跨越该支持的空间频率的最佳振幅和相位分布，其提供“最清晰”的可能图像。在本文中，我们将回答这个问题，并提出如何为任何给定的成像系统找到最佳OTF的一般规则。我们讨论我们的结果在光学显微镜的背景下，特别是考虑的情况下，宽视场显微镜，共焦图像扫描显微镜（ISM），4PI显微镜，和结构照明显微镜（SIM）。我们的研究结果是很重要的，找到最佳的反卷积算法的显微图像，我们证明了这一实验的例子ISM。我们的研究结果也可以作为设计光学系统，提供最好的图像的指导方针，他们可以很容易地推广到非光学成像，如望远镜成像，超声成像，或磁共振成像。
2022-03-10 physics.optics
Digital defocus aberration interference for automated optical microscopy
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出了一种基于数字散焦像差干涉的自动聚焦方法，通过双LED设置实现高效且通用的散焦检测，适用于多种成像模式，显著扩展景深范围。
2026-02-19 physics.optics
Autofocusing technologies for whole slide imaging and automated microscopy
近年来，全载玻片成像（WSI）使数字病理学更接近诊断实践。由于固有的组织形貌变化，准确的自动聚焦仍然是WSI和自动显微镜系统的关键挑战。传统的聚焦图测量方法在获取高度聚焦点的同时仍然保持高吞吐量的能力方面是有限的。实时方法将图像采集与聚焦解耦，从而允许快速扫描，同时保持连续准确的聚焦。本文回顾了传统的聚焦图方法，并讨论了焦平面确定的聚焦度量的选择。它还讨论了各种实时自动聚焦方法，包括基于反射的三角测量，共焦针孔检测，低相干干涉测量，倾斜传感器方法，独立双传感器扫描，分束器阵列，相位检测，双LED照明和深度学习方法。这些方法的技术概念，优点和局限性的解释和比较传统的WSI系统。这篇评论可能会提供新的见解，为发展高通量自动显微镜成像系统，可以广泛提供和利用，而不会损失的能力。
2020-08-16 eess.IV physics.med-ph physics.optics
An achromatic metafiber for focusing and imaging across the entire telecommunication range
色散工程对包括光纤器件在内的大多数现代光学系统的性能至关重要。即使用于内窥镜应用的米级单模光纤的色散可以忽略不计，位于光纤端面上用于光学聚焦和成像的光学透镜也会遭受强烈的色差。在这里，我们提出了在单模光纤端面上的3D消色差衍射超透镜的设计和纳米打印，能够在整个近红外电信波长波段范围从1.25到1.65 μ m进行消色差和偏振不敏感聚焦。这代表了商业上使用的光纤的整个单模域。3D纳米柱亚原子中的未锁定高度自由度极大地将消色差超透镜的时间带宽积的上限增加到21.34，从而导致跨越-8到14 fs的宽群延迟调制范围。此外，我们展示了使用我们的紧凑和灵活的消色差超光纤的光纤共焦成像，能够在宽带光照明下创建清晰的图像。这些结果可能会释放光纤超光学的全部潜力，广泛的应用，包括高光谱内窥镜成像，飞秒激光辅助治疗，深部组织成像，波长复用光纤通信，光纤传感和光纤激光器。
2022-01-20 physics.app-ph physics.optics
Comparative study of microscopy methods to assess fish intestinal microvilli
本研究系统比较了多种光学、电子和力显微镜方法在鱼类肠道微绒毛成像中的表现，涵盖超分辨、衍射受限及无标记技术，以解析1-2微米至10-100纳米的结构特征。
2025-06-24 physics.med-ph physics.optics
Super-resolution diamond magnetic microscopy of superparamagnetic nanoparticles
本文提出一种基于NV色心电荷态光控与环形光束超分辨磁共振谱的纳米磁显微方法，实现约100 nm分辨率，成功分辨间距约190 nm的30 nm铁氧化物纳米颗粒磁偶极特征，且灵敏度显著优于共聚焦方法。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.ins-det
