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,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
将普通光学显微镜的均匀照明替换为光场具有空间结构分布的照明,可为显微镜增添超分辨和光切片的新功能。结构光照明显微(SIM)技术与传统宽场光学显微镜具有良好的结构兼容性,继承了传统光学显微镜非侵入、低光毒性、低荧光漂白、快速成像的优点。其高时空分辨率和三维光切片能力非常适合活体细胞或组织的观测,受到生物医学和光学界的持续关注。快速产生高对比度、高频率的结构光场并进行快速相移和旋转调控是SIM的核心技术。近年来基于数字微镜器件(DMD)调制的SIM(DMD-SIM)发展迅速,它利用DMD高刷新率、高光通量、偏振不敏感的优势,克服了传统器件如物理光栅和液晶空间光调制器在调控速度上的缺点。本综述首先介绍了SIM超分辨和光切片的基本原理,然后着重阐述了DMD-SIM通过光投影和光干涉产生结构光照明及调控光场的方法,对当前的DMD-SIM研究进展进行了归纳评述,总结了DMD-SIM的优缺点,最后对DMD-SIM面临的挑战和发展趋势进行了展望。
光学显微 结构光照明显微 超分辨 光切片 数字微镜器件 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618001
光学 精密工程
2023, 31(21): 3096
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
2 移动通信教育部工程研究中心,重庆 400065
为了提高纠缠光量子成像效率,本文采用双步符合计数法快速获取目标成像信息,降低纠缠光量子成像的时间开销。首先,利用透镜和波片组合对激光器产生的泵浦光进行调制,提高周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体自发参量下转换的效率;然后,通过数字微镜器件(DMD)选取测距区域,构造单光子时间脉冲序列差值;其次,利用该差值完成局部符合计数以得到信号和参考光路的延时差;再次,通过控制DMD选取成像区域,对单光子时间脉冲序列进行修正,并利用修正后的序列完成全局符合计数;最后,将符合计数值与灰度值进行映射,得到目标的量子图像。此外,通过与经典量子成像结果相比较,分析了目标距离、测距区域大小和单像素曝光时间对成像结果的影响,同时搭建了实际的量子成像光路以验证本文方法的有效性。
量子纠缠 量子成像 符合计数 数字微镜器件 成像效率 光学学报
2023, 43(20): 2027003
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
3 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
偏振像差会影响离轴光学成像系统的偏振测量精度和偏振成像效果,有必要对其进行标定和补偿。基于三维偏振光线追迹,分析了含有数字微镜器件(DMD)的编码超分辨离轴光学成像系统在不同视场下的偏振像差,并提出一种在光路中接近DMD位置加入线性衰减器(LD)和相位延迟器(LR)进行偏振补偿的方法。经计算发现,DMD表面引入的最大二向衰减为1.43×10-3,最大相位延迟为9.52×10-3 rad,整体光学系统引入的最大二向衰减为2.32×10-3,最大相位延迟为1.55×10-2 rad,DMD引入的偏振像差占全系统的60%以上。对比了偏振补偿前后整体光学系统的偏振像差分布、琼斯瞳和偏振成像仿真效果,结果表明:布置合适的弱偏振器件进行补偿后,二向衰减和相位延迟均减小为补偿前的一半左右,琼斯矩阵接近单位阵,偏振成像中的串扰现象也明显减少。可见,DMD会引入较大的偏振像差,而在DMD附近的光路中使用LD和LR能够简单有效地进行偏振补偿。
成像系统 偏振像差 数字微镜器件 琼斯瞳 弱偏振器件 光学学报
2022, 42(16): 1611001
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 200120
作为常用显示器件,数字微镜器件(DMD)使用传统的脉冲宽度调制(PWM)显示方法受最小脉冲宽度限制,无法满足高帧频显示的需求。文章提出基于光源与DMD复合编码的高帧频显示技术,利用光源调制解决脉冲宽度调制导致的位平面显示时间随位平面等级指数增长的问题。通过构建包含驱动模块、光源和DMD的显示系统,采用低4位光源脉冲宽度调制与高4位DMD显示时间宽度调制相结合的方法,将8位灰度图像的显示帧频提高至2461Hz。
数字微镜器件 高帧频 复合编码 光源调制 脉冲宽度调制 digital micromirror device high frame frequency composite coding illuminant modulation pulse width modulation
安徽工程大学机械工程学院,安徽 芜湖 241000
无掩模光刻技术具有无需物理掩模、成本低、适合大批量生产的优点,在微结构制作中得到了广泛应用。基于数字微镜器件(DMD)的无掩模数字光刻技术具有分辨率高、灵活性好、加工精度高等优势,成为近年来数字光刻领域的研究热点。综述了DMD数字光刻技术的研究进展,包括基于DMD的扫描光刻技术、步进式光刻技术以及灰阶光刻技术,介绍了该方法在集成电路、微光学、三维打印等领域的应用,并总结了目前DMD光刻技术存在的问题及其未来发展趋势。
光学设计 无掩模 数字微镜器件 扫描光刻技术 步进式光刻技术 灰阶光刻技术 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1100010
1 中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心,北京 100190
2 中国科学院大学未来技术学院,北京 101407
光刻技术在前沿科学与国计民生等领域发挥着重要作用。随着曝光光源、数字微镜器件(DMD)、投影镜头等光学元件的升级及计算机控制技术的飞速发展,基于DMD的无掩模光刻技术有可能在不久的将来与目前成熟的有掩模光刻技术齐头并进,并在特定应用领域中不可或缺。详细介绍了基于DMD的面投影光刻的曝光原理、系统组成和发展进程,重点介绍了提高面投影光刻分辨率的方法,以及突破光学衍射极限制备超细微结构的相关工作。同时阐述了基于DMD的面投影无掩模曝光技术在制备光子学器件、生物学支架、仿生结构等器件中的独特优势,特别是引入超快激光后其在新型加工领域所展现出的应用潜力。
光刻 数字微镜器件 分辨率 超快激光 投影曝光 激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922030
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国刑事警察学院 痕迹检验鉴定技术公安部重点实验室,辽宁 沈阳 110035
3 刑事检验四川省高校重点实验室(四川警察学院),四川 泸州 646000
4 中国电子科技集团公司第十研究所,四川 成都 610036
5 中国科学院大学,北京 100049
为了获得数字微镜器件(DMD)的真实光学特性,提出了微镜单元杂散光分布测试方法,并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行测试。提出了一种杂散光测试方法,并针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点,设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统。通过实验得到了2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况。测试结果表明,单个微镜单元中心孔道位置附近反射的能量较强,靠近边缘位置反射的能量则相对较弱。此外,测试区域之外的微镜单元也会反射一部分能量,测试区域内微镜单元杂散光绝对强度最大值出现在中心孔道附近,其灰度值为6.86,紧邻测试区域微镜单元杂散光绝对强度最大值同样也出现在中心孔道附近,其灰度值为4.01,由此可以说明中心孔道位置附近的杂散光较强;测试区域内微镜单元的杂散光相对强度相对较弱,从测试区域边缘开始急剧增大,经过大约两个微镜单元后达到峰值,数值为293.5%,此后开始急剧下降。
数字微镜器件 微镜单元 杂散光分析 成像特性 精密测量 DMD micro-mirror unit stray light analysis imaging properties precision measurement