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leyu乐鱼网站登录-中国科大研制一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件

发布时间:2021-12-24 作者: leyu乐鱼网站登录

近日,中国科年夜物理学院光电子科学与手艺安徽省重点尝试室/合肥微标准物资科学国度研究中间张斗国传授研究组提出并实现了一种基在光学薄膜的平面型显微成像元件,用作被测样本的载波片,可在常规的明场光学显微镜上实现暗场显微成像和全内反射成像,而获得高对照度的光学显微图象。研究功效以“Planarphotonicchipswithtailoredangulartransmissionforhigh-contrast-imagingdevices”为题颁发在综合性学术期刊NatureCommunications。

光学显微镜是操纵光学道理,把人眼不克不及分辩的细小物体放年夜成像,进而拓宽人类不雅察物资布局的空间标准规模。通用的光学显微镜是明视场显微镜(BrightfieldMicroscopy),它操纵光线照明,样本中各点依其光接收的分歧在敞亮的布景中成像。但对一些未经染色处置的生物标本或其他透明样本,因为对光线的接收很少,是以其明视场显微镜像的对照度差,难以不雅测。为领会决这个问题,科学家们成长出暗视场显微镜(DarkfieldMicroscopy):它的照明光线不直接进入成像物镜,只答应被样品反射和衍射的光线进入物镜。无样品时,视场暗黑,不成能不雅察到任何物体;有样品时,样品的衍射光与散射光等在暗的布景中敞亮可见,是以其成像对照度远高在明场光学显微镜,如图1a所示。别的一个解决方案是,操纵光线全反射后在介质另外一面发生衰掉波(又称概况波)来照明样品,无样本时,衰掉波光强在纵向呈指数衰减的特征使得其不会辐射到远场,视场暗黑;有样品时辰,衰掉波会被散射或衍射到远场,从而在暗布景下构成物体的敞亮像,该显微镜被称为全内反射显微镜(Totalinternalreflectionmicroscopy,TIRM),一样可以提高成像对照度。衰掉波光强在纵向呈指数衰减的特征,只有极接近全反射面的样本区域会被照明,年夜年夜下降了布景光噪声干扰不雅测标本,故此项手艺普遍利用在物资概况或界面的动态不雅察,如图1b所示。

但这两种显微镜都需要复杂的光学元件,如暗场显微镜需要一个非凡的聚光镜来实现照明光以年夜角度入射到样品;全内反射显微镜需要高折射率棱镜或高数值孔径显微物镜来发生光学概况波;这些元件体积较年夜,不容易集成;同时成像结果严酷依靠在光路的切确调理,增添了其操作复杂度。

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图1.传统暗场照明(a)与全内反射照明(b)光学显微镜,基在光学薄膜布局的显微成像照明元件(c)

本论文提出的种基在光学薄膜的平面型显微成像元件可有用填补这些不足。如图1c所示为该元件布局示意图,首要包括三部门:中心部门是搀杂有高折射率散射纳米颗粒的聚合物薄膜,操纵纳米颗粒的无序散射来拓展入射光束的传布角度规模;上部和下部是由凹凸折射率介质周期性排布构成的光学薄膜,操纵其来调控出射光束的角度规模。经由过程光子带隙设计,下部光学薄膜只答应垂直入射的光束透过,其他角度光束的都被按捺;上部光学薄膜在750nm波长入射下,只有年夜角度的光束才能透射;在640nm波长下任何角度的光都不克不及透射,只能发生全内反射。

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