暨南大学纳米光子学研究院, 广东 广州 511443
光学微透镜在光学成像、信号探测、生物传感等方面有重要的应用。针对现有固体微透镜难以变焦和生物不兼容的问题,提出将细胞内的叶绿体作为天然的微透镜,并研究了叶绿体微透镜的聚焦特性及其在光学成像和信号探测中的应用。研究结果表明,叶绿体微透镜对不同波长的入射光能产生聚焦效应。借助光镊产生的光力可实现叶绿体形状的可控变化,进而可实现对叶绿体微透镜焦距的调节,调节范围为15~45 μm。由于叶绿体微透镜具有光束聚焦特性,故其能够应用到亚波长结构的成像和荧光信号的增强中。在实验中,叶绿体微透镜实现了对线宽为200 nm的光栅结构和细胞内部肌动蛋白丝的光学成像,以及对量子点荧光信号的探测和增强。
成像系统 微透镜 光镊 生物成像 光学探测 叶绿体
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Nanophotonics, Jinan University, Guangzhou 511443, China
2 e-mail: liyuchao@jnu.edu.cn
3 e-mail: zhyao5@jnu.edu.cn
We developed adjustable and movable droplet microlenses consisting of a liquid with a high refractive index. The microlenses were prepared via ultrasonic shaking in deionized water, and the diameter of the microlenses ranged from 1 to 50 μm. By stretching the microlenses, the focal length can be adjusted from 13 to 25 μm. With the assistance of an optical tweezer, controllable assembly and movement of microlens arrays were also realized. The results showed that an imaging system combined with droplet microlenses could image 80 nm beads under white light illumination. Using the droplet microlenses, fluorescence emission at 550 nm from CdSe@ZnS quantum dots was efficiently excited and collected. Moreover, Raman scattering signals from a silicon wafer were enhanced by times. The presented droplet microlenses may offer new opportunities for flexible liquid devices in subwavelength imaging and detection.
Photonics Research
2020, 8(3): 03000225
1 中国计量学院计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室, 广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
为了解决目前点衍射绝对位移测量系统中位移重构算法存在的收敛率低问题，并针对实际测量中时效性和高精度要求，提出了基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法。点衍射干涉绝对位移测量系统根据点衍射干涉场相位差的分布重构出点衍射探头的三维绝对位移。所提出的快速搜索粒子群算法针对测量中大量像素点数据的高效处理需要，在三维绝对位移迭代重构过程中采取非线性增加样本点数量的搜索方法，进而在保证测量精度的同时极大提高了测量效率。分别进行了仿真分析、测量实验以及三坐标机测量比对以检验所提出测量方法的可行性与稳定性。结果表明，该方法可实现三维绝对位移的快速检测，其收敛率可达90%，且在200 mm×200 mm×300 mm 的测量区域中达到优于微米量级测量精度。所提出的三维绝对位移测量方法具有较高的测量效率和精度，且具备高抗噪能力和可靠性，对其在微加工技术和高精度测量中的应用具有重要意义。
测量 绝对位移 点衍射干涉 快速搜索粒子群算法
1 中国计量学院计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 桂林电子科技大学,广西自动检测技术与仪器重点实验室, 广西 桂林 541004
3 广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
利用亚波长孔径光纤点衍射可同时得到大数值孔径和高亮度的点衍射球面波前,进而解决了针孔点衍射和单模光纤点衍射中分别存在的点衍射波前能量微弱和最大孔径角小的不足.基于矢量衍射理论的时域有限差分(FDTD)方法对点衍射球面波前质量进行仿真分析,研究了亚波长孔径光纤的孔径、锥角、镀膜厚度、数值孔径范围等因素对点衍射波前误差、最大孔径角、能量透射率和强度分布均匀性的影响.仿真结果表明,当亚波长光纤孔径为0.5 μm,点衍射波前最大孔径角超过90°,能量透射率大于29%,对应数值孔径为0.60 的点衍射波前误差均方根(RMS)值优于0.0011λ.仿真结果验证了用亚波长孔径光纤点衍射实现大数值孔径和高亮度的点衍射球面波前的可行性,并为实际系统中亚波长孔径光纤的相关参数的选择提供了精确的数值依据.
测量 点衍射 亚波长孔径光纤 波前质量 时域有限差分
1 中国计量学院计量测量工程学院, 浙江 杭州 310018
2 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对现有点衍射三维坐标测量系统中的坐标高精度解调问题，提出了一种基于Levenbery-Marquardt (L-M)算法的点衍射干涉测量方法。基于L-M算法的点衍射测量技术是以点衍射干涉理论为基础，在实现干涉场相位分布信息解调的基础上运用基于L-M算法的二重迭代算法重构出点衍射源的三维坐标。为验证所提出测量方法的可行性，同时进行了计算机仿真和测量实验，并与三坐标测量机的测量结果进行了对比。结果表明：该测量方法可在xyz三维方向上100 mm×100 mm×300 mm空间范围内实现优于微米量级的测量精度。该测量方法具有不依赖算法迭代初值、测量精度高、运算速度快、抗噪声能力强等诸多优点，在三维坐标测量及测量系统的校准中具有较好的实用性。
测量 三维坐标 点衍射干涉技术 Levenbery-Marquardt算法 二重迭代
