研究目的
提出并演示一种采用角度扫描马赫-曾德尔干涉仪的时域低相干光学衍射断层成像技术,以解决定量相位成像中的相干噪声问题。
研究成果
该研究成功展示了一种低相干光学衍射断层扫描技术,通过衍射调制和精细的带宽选择来抑制相干噪声。该技术能够实现生物样本的三维折射率成像,但揭示了轴向分辨率的基本限制及实际应用中的挑战,表明采用低相干光可获得最佳成像质量。
研究不足
局限性包括:对样品采用非色散假设、透射几何结构中因k空间轴向厚度薄导致轴向分辨率较差、宽带光照明角度受限,以及横向频率较高时信噪比降低。该方法对高吸收性样品效果较差,且可能因样品碎屑或盖玻片污渍产生伪影。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用马赫-曾德尔干涉仪装置,通过数字微镜器件(DMD)进行衍射调制以保持角度扫描过程中的干涉?;毓瞬⒂τ昧朔窍喔晒庋а苌涠喜闵瑁∣DT)的重建原理,其中包含非色散样品等假设条件。
2:样本选择与数据来源:
样本包括聚苯乙烯微球(直径10微米)、健康供体的人类红细胞以及培养24小时的大鼠嗜铬细胞瘤(PC-12)细胞。数据通过干涉测量获取。
3:实验设备与材料清单:
设备包括超连续光源(EXR-4,NKT光电公司)、带通滤波器、数字微镜器件(DLP LightCrafter 6500,德州仪器公司)、衍射光栅(GT13-03,Thorlabs公司)、显微镜主体(IX71,奥林巴斯公司)、物镜(UPLSAPO 60XW,奥林巴斯公司)、聚光镜(UPLSAPO 60XW,奥林巴斯公司)、单色相机(MD120MU-SY,XIMEA公司)以及平移台。材料包括浸油(折射率=1.561)、Alservier溶液(A3551,西格玛奥德里奇公司)及细胞培养试剂。
4:561)、Alservier溶液(A3551,西格玛奥德里奇公司)及细胞培养试剂。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:该装置涉及匹配光程长度,使用DMD进行衍射调制以补偿色散,通过相机与照明同步获取干涉图,并采用结构化照明图案进行角度扫描。处理干涉图以提取光场,并运用Rytov近似和正则化技术进行ODT重建。
5:数据分析方法:
数据分析包括从干涉图中提取散射场,应用基于光谱密度的权重函数,并采用边缘保持正则化重建三维折射率分布以解决缺失锥问题。
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supercontinuum source
EXR-4
NKT Photonics Inc.
Provides spatially coherent broadband light for illumination in the interferometric setup.
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diffraction grating
GT13-03
Thorlabs Inc.
Introduced in the reference arm for diffractive modulation to prevent decoherence.
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microscope body
IX71
Olympus Inc.
Commercial microscope used as the base for the optical setup.
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objective lens
UPLSAPO 60XW
Olympus Inc.
Used for imaging with high numerical aperture.
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condenser lens
UPLSAPO 60XW
Olympus Inc.
Used for illumination with high numerical aperture.
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monochromatic camera
MD120MU-SY
XIMEA GmbH
Used for acquiring interferograms synchronized with the illumination.
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digital micromirror device
DLP LightCrafter 6500
Texas Instruments Inc.
Used for diffractive modulation in the illumination unit to maintain interference during angle scanning.
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bandpass filter
Used to minimize issues from broad source bandwidth by filtering the light.
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translation stage
Used to match optical path lengths in the reference arm.
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