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- 透过浑浊水的成像
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敏感且稳健的生物分子相互作用分析原则：衍射极限聚焦莫洛图谱的检测限与分辨率
摘要： 无标记生物传感器能够实时监测生物分子相互作用，这对分析生物分子的结合特性至关重要。虽然表面等离子体共振（SPR）等折射光学生物传感器灵敏度高且技术成熟，但它们易受传感体积内折射率变化的干扰——这种变化可能源于样品缓冲液成分的微小差异、温度漂移，尤其是复杂流体（如血液）中与传感器表面的非特异性结合。这些局限源于折射式传感器测量的是整个传感体积的折射率。与之相反，衍射式生物传感器（例如焦散全息术）仅检测分析物分子相干集合产生的衍射光。因此，任何与该分子集合非相干的折射率分布都不会增强相干信号。这使得衍射式生物传感器具有天然鲁棒性，无需参比通道或温度稳定即可实现灵敏测量。该相干集合由分析物分子选择性结合至合成结合图案（全息图）而形成。焦散全息术已在前期论文中通过理论推导[C. Fattinger, 物理评论X 4卷, 031024 (2014)]和实验验证[V. Gatterdam等, 自然·纳米技术 12卷, 1089 (2017)]提出，但要充分释放其潜力仍需深入理解底层物理机制并实现衍射极限读出。本文提出了改进的理论模型，能根据衍射强度精确量化结合在全息图上的生物物质含量。此外还展示了衍射极限全息焦点的测量（即艾里斑）。这些改进使我们能在无需温度稳定或漂移校正的情况下，实现与最佳SPR传感器相当的实时结合实验分辨率，并以终点法无标记检测低分子量化合物。所开展的实验证明了衍射式传感器原理的鲁棒性与灵敏度。
关键词： 生物分子相互作用分析、衍射计量生物传感器、焦点莫罗图谱法、衍射极限焦点、鲁棒性、无标记检测、灵敏度
更新于2025-09-22 15:08:33
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快照全息光学断层扫描
摘要： 数字全息断层扫描（DHT）可测量微观样本的三维折射率分布图。现有方法需通过扫描照明角度、旋转样本、调节物镜焦点或改变波长来获取三维分布图。本文提出一种无需扫描机构的瞬态DHT技术——采用名为"瞬态全息光学断层扫描（SHOT）"的方法，成功获取了聚苯乙烯微球和单个人类宫颈癌（HeLa）细胞的三维折射率分布图。
更新于2025-09-22 21:47:01
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利用介电超表面通过空心高斯光束在高阶庞加莱球上生成纯拉盖尔-高斯矢量光束
摘要： 由于衍射效应，外腔生成纯拉盖尔-高斯（LG）模式的矢量光束（VBs）长期存在挑战。本文从理论上提出并通过实验实现了利用空心高斯光束（HGBs）经q板生成纯LG矢量光束的方法。我们推导了任意偏振HGB生成矢量光束的通用表达式，发现当HGB阶数等于q板拓扑荷数的两倍时，该矢量光束具有纯LG模式，且通过调节入射偏振可在高阶庞加莱球上实现任意目标偏振分布。进一步采用介质超表面实现q板并实验验证了理论结果。所生成的纯LG矢量光束可应用于对模式纯度要求较高的场景。
关键词： 矢量光束、拉盖尔-高斯模式、衍射、超表面、潘查拉特南-贝里相位、空心高斯光束
更新于2025-09-24 02:30:23
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通过融合单次拍摄的多视角偏振与非偏振散斑图像实现不透明液体介质中隐藏物体的成像实验演示
摘要： 浑浊液态介质是常见的散射环境，在其中成像目标极具挑战性——各类来源和尺寸的散射颗粒会导致严重图像退化，造成目标复原效果差且分辨率低。因此，消除光散射的非线性影响是主要难题，这限制了光学成像技术在液态介质中的应用。本研究通过透镜阵列投射多方向偏振散斑图像并进行平均处理，旨在规避浑浊液态介质中的光学退化问题并复原隐藏目标的高质量图像。受天文成像技术启发，该平均过程采用专为重建大气退化太阳图像开发的平移叠加（SAA）算法，随后应用线性和圆偏振策略进一步优化图像重建效果。 实验使用两种不同几何形状的目标物开展，这些目标物嵌入由商用牛奶与海水按不同比例稀释配制的浑浊液态介质中。用偏振激光束照射介质后，通过CCD相机采集多幅偏振散斑图像。离线处理阶段，首先将图像平移至共同中心，再运用SAA算法融合生成各隐藏目标的重建图像。通过信噪比（SNR）、熵值和清晰度等定量图像质量指标评估重建效果。结果表明本方法能成功识别浑浊介质中的隐藏目标。据我们所知，这是首个通过平均多幅偏振散斑投影实现浑浊液态介质中隐藏目标成像的研究报道。
关键词： 线性和圆偏振，透过浑浊水的成像，透镜阵列，多重偏振散斑投影，图像处理
更新于2025-09-24 02:33:47
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掺杂金纳米棒的扭曲向列相样品中的电光开关效应
摘要： 本研究致力于探究掺杂不同长径比金纳米棒的8CB液晶样品的重取向特性。通过光学实验装置探测交流电场下扭曲向列相液晶盒的电光响应，我们测量了掺杂向列相液晶的特征开关时间及弗里德里克斯阈值，并分析了金属客体粒子引发的表面等离子体共振效应和无序性影响。进一步利用古奇-塔里条件和莫甘极小值理论，阐释了纯样品与掺杂样品中向列相双折射率的热依赖性。结果表明，金纳米棒的掺入会显著改变扭曲向列相液晶盒的电光参数和热学参数。
关键词： 向列相液晶，金纳米棒，重取向
更新于2025-09-19 17:13:59
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光阱调控氯化钾晶体形貌的演化
摘要： 通过聚焦连续波近红外激光的表面光学捕获，我们展示了氯化钾（KCl）晶体的动态形态演化过程?？掌?溶液界面的光学捕获触发了结晶过程，随后实时观测到晶体形态的动态变化。在结晶初期阶段，我们观察到针状、矩形和立方体三种不同晶体形态。随着激光功率增加，尤其是采用线偏振光照射时，立方体晶体生成概率显著提升。通过持续照射已生成的晶体，我们还发现了激光偏振依赖的形态演化现象：在线偏振激光作用下，晶体呈现从针状到矩形、最终演变为立方体（KCl晶体的平衡形态）的阶梯式演化；而圆偏振激光仅诱导从针状到矩形的形态转变，未进一步形成立方体——这是因为晶体旋转过程中矩形晶体会发生溶解。这种独特形态演化现象的观测得益于本结晶方法具备的时空可控性。我们从光学捕获在成核前形成致密团簇域的角度，探讨了这些有趣现象的动力学机制与原理。
关键词： 激光偏振、氯化钾、晶体形貌、光学捕获、表面结晶
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于声学腔等离子体传感增强的活体反射模式光声显微镜技术
摘要： 利用表面等离子体共振（SPR）的高灵敏度折射率传感和高度受限的消逝场特性，我们采用SPR传感器（而非常规压电超声换能器）测量了宽带光声（PA）压力瞬态信号。由不锈钢制成的声学腔体通过设计的内椭球面，将激光诱导的光声波从激发点重定向至SPR传感器。通过将SPR传感器与声学腔体集成，我们开发出具有多重优势的光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）：包括反射模式信号采集、提升的光声检测灵敏度、高达约98 MHz的扩展光声频谱带宽以及微米级横向分辨率。这使得系统不仅能对活体小鼠薄耳部，还能对厚前肢血管进行无标记体积式光声成像。凭借这些综合优势，我们的OR-PAM系统为生物医学研究（例如研究眼部与皮层微循环）提供了更多可能性。
关键词： 反射模式，高灵敏度，表面等离子体共振，在体血管成像，光声成像
更新于2025-09-12 10:27:22
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无需纳米光刻的纳米孔径
摘要： 我们提出并实验验证了在光纤上实现免光刻纳米孔径的方法。通过在含有中心纳米通道的阶跃折射率光纤端面溅射金属纳米薄膜，无需任何光刻步骤即可即时制备光纤集成纳米孔径。实验结果表明，当薄膜厚度足够时，远场纳米孔径位置会出现符合模拟预期的衍射极限纳米光斑。我们通过溅射铝和铂纳米薄膜可重复制备一系列器件，实现了小至40纳米的孔径直径，并展现出宽光谱工作特性。该纳米孔径增强型光纤概念因其简单性、可扩展性及大规模生产潜力，在光纤实验室应用及未来高空间分辨率光纤纳米探针开发领域具有重要价值。
关键词： 纤维上的实验室、混合光纤、纳米制造、扫描近场光学显微镜（SNOM）、纳米孔径
更新于2025-09-04 15:30:14