1 南开大学现代光学研究所, 天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
3 南开大学人民医院转化医学研究院, 天津 300121
针对石墨烯基的折射率传感系统中存在的大量程和高测量灵敏度无法兼得且仅能实现相对折射率测量的问题,提出了一种基于全内反射式的大量程绝对折射率测量方法。该方法仅通过一维线性运动,实现了大范围角度的精确调控。利用光学4f系统,保证了采样点位置不随入射角的变化而变化。不同入射角下的扫描测量方法的折射率测量范围理论上可以达到1~1.5168,通过对不同质量分数的氯化钙溶液的折射率进行测量,从实验上获得7.203×10 -4 RIU的测量灵敏度。
材料 全内反射 入射角扫描 绝对折射率 大量程 石墨烯
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
3 天津市人民医院, 天津 300121
对于传统的显微镜来说,其相衬成像模式需要通过配备专用光阑、聚光镜或者在物镜上添加嵌件来实现,这就增加了相衬显微成像的难度和成本。鉴于此,本文提出了一种基于深度学习算法的虚拟相衬成像方法,只需要采用一台普通的光学明场显微镜获取细胞明场图像,然后使用深度学习方法,就可以将明场图像转换成相衬图像。将虚拟相衬图像与显微镜获取的标准相衬图像进行对比,对比结果证明了这种虚拟相衬成像方法的有效性,为低成本相衬显微成像提供了范例。
图像处理 虚拟相衬 相衬图像 明场图像 循环生成对抗网络 细胞 光学学报
2021, 41(22): 2217001
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
3 南开大学人民医院转化医学研究院, 天津 300121
为了改善细胞折射率显微成像的质量,提高特征的辨识度,本文提出了一种基于卷积神经网络算法的细胞折射率显微图像和明场显微图像的融合方法,该方法克服了传统融合方法人工制定融合规则的困难,通过训练数据学习自适应强鲁棒融合函数,获得了更佳的融合效果。主观和客观评价结果表明,该方法有效地改善了细胞折射率显微图像的分辨率,提升了特征辨识度。
图像处理 图像融合 折射率显微图像 明场显微图像 卷积神经网络 细胞 激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2217001
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300071
2 天津市人民医院, 天津 300121
为了提高成像系统的空间分辨率,分析聚焦型折射率显微成像系统中聚焦光斑尺寸与包络形状对空间分辨率的影响机制,提出一种通过数值去卷积算法改善成像空间分辨率的方法。首先分析聚焦广义柱矢量光束的空间场分布,接着对比该光束与理想细光束在折射率显微成像过程中对空间分辨率的影响差异。通过测量折射率与形状已知的PS(Polystyrene)小球,获得该实验条件下系统的点扩展函数。采用去卷积算法对其他样品图像进行重构,获得更加接近真实情况的实验结果。结果表明,该方法对提高该系统的成像质量与空间分辨率有着显著的效果。
物理光学 石墨烯 折射率成像 光束分析 空间分辨率 光学学报
2021, 41(17): 1726001
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300071
2 天津市人民医院, 天津 300121
3 深圳大学深圳微尺度光信息技术重点实验室纳米光子学研究中心, 广东 深圳 518060
提出了一种利用石墨烯基光学生物传感器对特异性生物小分子实现高灵敏检测的方法,采用易于修饰的磁性纳米颗粒作为生物探针载体,通过磁场控制实现磁性颗粒在石墨烯表面的吸附,优化了石墨烯表面复杂的改性过程。利用搭建的基于功能化修饰磁性纳米颗粒的石墨烯基光学生物传感器,实现了0.01 ng·mL -1的赭曲毒素A的检测,在0.01~5 ng·mL -1微小浓度范围内具有良好的响应,且表现出较好的特异性。该方法扩展了石墨烯基的光学生物传感器的应用范围,简化了生物分子的传感过程,提高了光学生物传感器的灵敏度。
生物光学 折射率传感 石墨烯 磁性纳米颗粒 生物毒素 光学学报
2020, 40(11): 1117001
Author Affiliations
Abstract
1 Nanophotonics Research Center, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Tianjin Union Medical Center, Tianjin 300121, China
3 e-mail: cjmin@szu.edu.cn
4 e-mail: xcyuan@szu.edu.cn
Tip-enhanced Raman scattering (TERS) spectroscopy is a nondestructive and label-free molecular detection approach that provides high sensitivity and nanoscale spatial resolution. Therefore, it has been used in a wide array of applications. We demonstrate a gap-plasmon hybridization facilitated by a bottom-illuminated TERS configuration. The gap-plasmon hybridization effect is first performed with the finite-difference time-domain method to optimize the parameters, and experiments are then conducted to calibrate the performance. The results demonstrate an enhancement factor of 1157 and a spatial resolution of 13.5 nm. The proposed configuration shows great potential in related surface imaging applications in various fields of research.
Photonics Research
2020, 8(2): 02000103
华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
根据数字螺旋成像法,利用光的轨道角动量记录物体信息,通过分析轨道角动量谱获取了相位型物体的信息;研究了使用不同拉盖尔-高斯(LG)光束探测时,简单的标准相位型物体轨道角动量谱的特性。结果表明,通过分析轨道角动量谱,可以有效地得到相位型物体的相位信息以及透射率信息。对不同拓扑荷数以及径向节点数的LG光束探测光所产生的不同衍射级频谱分量进行数值分析,结果表明探测光为高阶的LG光束时,更有利于探测简单的相位型物体的信息。
物理光学 拉盖尔-高斯光束 相位分量 透射率系数 轨道角动量谱 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 022601
Author Affiliations
Abstract
1 Nanophotonics Research Center, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Tianjin Union Medical Center, Tianjin 300121, China
3 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300071, China
4 College of Electronic Science and Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
5 e-mail: jingbu@szu.edu.cn
Because of the fingerprint-like specificity of its characteristic spectrogram, Raman spectral imaging has been applied widely in various research areas. Using a combination of structured illumination with the surface-enhanced Raman scattering (SERS) technique, wide-field Raman imaging is developed with a significant improvement in spatial resolution. As a result of the relatively narrow Raman characteristic peaks, optically encoded SERS nanoparticles can be used to perform multiplexed imaging. The results show excellent superresolution wide-field multiplexed imaging performance. The developed technique has extraordinary potential for applications in biological imaging and other related fields.
Raman microscopy Surface-enhanced Raman scattering Superresolution Photonics Research
2018, 6(6): 06000530
1 南开大学 现代光学研究所, 天津 300071
2 天津市人民医院, 天津 300191
3 深圳大学 光电工程学院微纳光学研究所， 广东 深圳 518060
化学疗法治疗癌症的主要机制是通过药物调控使无限增殖的癌细胞恢复到正常凋亡，因而实时检测用药过程中癌细胞的凋亡情况对于临床治疗具有重要意义。以卵巢癌SKOV3细胞作为研究对象，针对治疗药物（顺铂）不同浓度培养液的条件下，利用搭建的动态光镊系统在微流控芯片上通过测量捕获效率参数对四组细胞的凋亡情况分别进行检测。实验结果表明，该系统对不同药物浓度培养下SKOV3细胞凋亡情况的检测具有良好效果。与传统的检测手段相比，该系统细胞用量小、耗时短、无需标记、并可实现活体细胞检测，因此为细胞凋亡的临床检测提供了重要指导意义。
生物光学 动态光镊 细胞凋亡检测 中国激光
2014, 41(11): 1104001
1 南开大学信息技术科学学院现代光学研究所， 天津 300071
2 南开大学人民医院， 天津 300121
研究了一种基于马赫-曾德尔结构的相差表面等离子体共振(SPR)传感器系统。和传统的相位型SPR传感系统相比，该系统采用了p偏振光与s偏振光各自干涉后再相位相减来提取样品折射率信息的方法，从而显著降低了环境噪声的影响，提高了分辨率。系统最小可区分0.01°的相差，对应的分辨率为10-5RIU(折射率单位)。应用此系统进行了生物大分子结合反应的测量，分辨率可达每平方微米160个IgG分子。研究结果为表面等离子体共振传感器在生物医学的应用提供了一定的参考。
传感器 表面等离子体共振 相差 差分干涉 分辨率
