1 教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
激光扫描显微镜通过扫描高度汇聚的激光焦点可以获得样品的三维图像，而激光扫描显微镜时间分辨率低、光毒性大的缺点限制了其在活体快速三维成像等领域中的应用。近年来具有三维成像能力的宽场显微镜技术逐渐成为三维成像领域的研究热点。聚焦形貌恢复技术、结构光照明显微技术以及深度学习辅助三维成像是三种基于宽场成像的快速三维成像技术，通过硬件提升和软件辅助的方式，提高了宽场显微镜的三维成像能力。分别介绍了它们的原理、优缺点、最新的研究进展与应用，最后对宽场三维显微技术的未来发展进行了总结与展望。
生物光学 宽场显微镜 三维成像 聚焦形貌恢复 结构光照明显微镜 深度学习
1 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610000
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610000
3 中国科学院大学, 北京 100000
随着无人机的快速发展与应用, 无人机的普及也对公共安全、**安全和个人隐私等造成了一定的安全隐患。无人机具有飞行速度快、体积小等特点, 如何精准快速地发现并定位无人机位置具有一定的挑战。针对此问题, 提出了一种基于沙漏瓶颈模块的YOLOv3无人机实时检测算法。首先, 将原本3个特征尺度检测扩展为在5个特征尺度上进行检测, 充分利用多尺度信息帮助提升小目标检测精度; 然后, 堆叠沙漏瓶颈模块作为该方法的骨干网络部分, 沙漏瓶颈模块作为一种轻量化网络对模型进行加速, 并使用通道注意力机制在上采样之后的拼接部分关注更重要的通道信息, 抑制不利的信息。为了验证所提算法的有效性, 生成基于复杂城市背景下的无人机数据集, 实验结果表明, 所提算法的精度能够达到98.92%, 且具有98.76%的召回率, 在1080Ti上达到62.37 帧/s的实时速度, 模型权重大小仅为5.38 MiB, 为进一步在嵌入式平台和移动端实现实时目标检测提供了可能。
无人机检测 轻量化网络 沙漏瓶颈模块 特征金字塔网络 注意力机制 UAV detection lightweight network SandGlass Bottleneck Block feature pyramid network attention mechanism
教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室，西安交通大学物理学院，陕西 西安 710049
光动力治疗以其高度选择性和低侵入性已在肿瘤和皮肤类疾病的临床治疗中展现出巨大的优势和广阔的前景。基于近红外光激发的双光子光动力治疗克服了传统紫外-可见光在生物组织中穿透能力有限的缺点，同时，非线性光学效应提升了光激活的时间和空间分辨率，使得其在深层肿瘤和病灶的精准诊疗中受到广泛关注。本文介绍了双光子光动力的基本原理，总结了目前高效双光子光敏剂的开发设计以及双光子光敏特性的表征技术，以具有聚集诱导发光特性的光敏剂为代表，对当前双光子光动力治疗的研究进展进行讨论和分析。最后对双光子光动力治疗未来的发展方向进行了展望。
医用光学 双光子 光动力治疗 光敏剂 近红外光 聚集诱导发光 中国激光
2022, 49(15): 1507101
1 西安交通大学物理学院教育部物质非平衡合成与调控重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学物理学院陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室，陕西 西安 710049
基于近红外光激发的多光子吸收效应的多光子荧光成像以特有的深穿透、高时空分辨、高信噪比和低毒性等优点，在生物成像，尤其是在活体深层组织成像中被广泛应用。相比传统单光子生物成像中使用的紫外可见光光源，近红外光的引入极大地提高了多光子荧光成像的穿透深度。近些年来，位于近红外二区（1000~1700 nm）的光源由于在生物组织中具有更小散射和更大的穿透能力，在单光子和多光子荧光成像中均受到广泛关注和研究，进一步提高了生物成像的深度。介绍了多光子荧光成像的基本原理和近红外光在生物组织中的特性，讨论了近红外二区光源激发下的多光子荧光成像的研究进展，最后总结分析了这一先进成像技术的未来发展和挑战。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617002
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室，四川 成都 610209
正交相位解调是相干激光脱靶量检测中重要的信号处理方法，使用卡尔曼低通滤波器可以有效提高数字正交解调相位计的鉴相性能。针对噪声统计信息未知时，卡尔曼低通滤波器精度下降的问题，提出一种基于Sage-Husa自适应滤波的解决方法，该方法利用自适应因子调整状态预测协方差阵，有效降低模型误差，提高滤波精度。对所提方法进行Matlab仿真实验，结果表明，自适应卡尔曼滤波方法能有效地改善数字锁相解调器的鉴相性能，减小低信噪比下脱靶量解算误差。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0112003
1 西安交通大学物理学院, 陕西 西安 710049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 中国科学院大学, 北京 100049
光学显微成像技术无论是在临床诊疗还是在基础科学研究上都发挥着重要的作用。伴随着新型荧光探针、光学控制、探测器件的不断发展,超分辨光学显微技术突破了传统光学衍射极限的限制,为现代生物医学研究提供了新的工具。在超分辨显微成像技术中,结构光照明显微镜(SIM)通过空间编码的结构光照明样品,将样品部分超出衍射极限的高频信息调制到低频中,从而通过光学系统实现超分辨成像。SIM具有成像速度快,光漂白和光毒性弱以及对荧光染料的非特异性需求等优点,被广泛应用于活细胞超分辨光学显微成像。本文回顾了SIM技术的重要原理与技术进步,重点介绍了SIM硬件设计与图像重构算法中关键的实验要点与技术难点,列举了现阶段SIM在生物成像中的部分应用,探讨了SIM未来的发展方向。期望本文能为SIM的设计和使用者提供一定的指导。
显微 荧光显微镜 超分辨显微镜 结构光照明显微镜 硬件设计方法 图像重建算法 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 240001
1 西安交通大学理学院,陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室, 陕西 西安 710049
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
作为一种非侵入式的高精度微操控和力传感工具,光镊已被广泛应用于生命科学领域的研究。全息光镊利用空间光调制器调控光场,可以灵活地产生任意排布的光阱阵列,具有比传统单光镊更高的灵活性,目前已在生物医学领域展现出巨大的应用价值。本文综述了全息光镊的基本原理、全息图算法,以及全息光镊在生物学领域的研究进展,希望可以为全息光镊在生物学中的应用研究提供一定的参考。
生物光学 光镊 空间光调制器
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了研究激光偏振态对光阱刚度的影响, 本文比较了四种不同偏振态光场(方位角偏振光、径向偏振光、线偏振光、圆偏振光)捕获不同尺寸SiO2微粒的三维光阱刚度.研究结果表明：当SiO2微粒的尺寸和激光波长相近时, 圆偏振光和线偏振光的三维光阱刚度大于径向偏振光和方位角偏振光的三维光阱刚度; 而随着SiO2微粒尺寸的增加, 方位角偏振光和径向偏振光的三维光阱刚度大于圆偏振光和线偏振光的三维光阱刚度.此外, 实验也表明：使用浸油物镜捕获微粒时, 物镜匹配油的折射率和水的折射率不一致引起的球差, 会降低系统对物镜数值孔径的利用.通过这些研究工作, 可以为不同偏振态光场的测力研究提供一定的指导和参考.
光阱刚度 偏振态 折射率 球差 数值孔径 Optical trap stiffness Polarization state Refractive index Spherical aberration Numerical aperture
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现对完美涡旋光拓扑荷的快速测定, 提出了一种同轴干涉测定方法, 其基本思路是利用一个空间光调制器同时调制产生完美涡旋光与球面波, 调制球面波的发散角使两者发生干涉, 利用干涉条纹数来实现拓扑荷数的直接快速测定.理论模拟和实验测定结果表明, 利用该方法得到的干涉条纹可以测定完美涡旋光的拓扑荷, 包括大小与符号.进一步, 利用该方法测量了完美涡旋光阵列与球面波的干涉图样, 实现了对每个完美涡旋光的拓扑荷的快速测定.该原位测定方法简单、有效, 对于利用完美涡旋光实现轨道角动量控制和信息编码等应用具有参考意义.
完美涡旋光 拓扑荷数 同轴干涉 空间光调制器 傅里叶变换 Perfect optical vortex Topological charge In-line interferometry Spatial light modulator Fourier transform
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出无衍射贝塞尔光束的互补光束概念.基于惠更斯-菲涅尔原理和光场的相干叠加性, 给出了其频谱的一般形式.利用遗传算法搜索频谱相位分布的最优解, 使得扫描互补光束光片场的强度分布与贝塞尔光片旁瓣强度分布几乎一致, 二者相减可消除旁瓣的影响, 从而获得大视场均匀的理想薄光片.将其应用在光片荧光显微成像中, 可有效去除离焦背景噪声, 提高成像质量.
无衍射光束 贝塞尔光束 空间光场调控 计算全息 遗传算法 光场再现 Non-diffracting beam Bessel beam Modulation of spatial optical field Computer generated hologram Genetic algorithm Light field reproduction
