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數(shù)字全息顯微術，如何看得更細？
來源: | 作者:4SHQ | 發(fā)布時間: 1163天前 | 2627 次瀏覽 | 分享到:
撰稿 | 馬英 (西安電子科技大學，副教授)

說明 | 本文來自課題組投稿


自從 17 世紀光學顯微鏡被發(fā)明以來，就一直作為人類探索微觀世界的重要工具，在許多領域發(fā)揮著不可替代的作用。然而，傳統(tǒng)的光學顯微鏡只能獲得樣品的振幅信息，無法對透明樣品進行高襯度的成像。因此，人們渴望獲得一種非標記顯微技術，能在自然狀態(tài)下對透明樣品（如活體細胞）進行長時間、高襯度跟蹤觀測。

數(shù)字全息顯微（Digital Holographic Microscopy, DHM），通過利用 CCD/CMOS 記錄被放大的物光波和參考光波的干涉圖樣，可再現(xiàn)出透明樣品高襯度、定量化的相位成像，被廣泛應用于工業(yè)檢測、生物醫(yī)學成像等領域。然而， DHM 依然是一個衍射受限系統(tǒng)，其空間分辨能力一直較低，并且一直存在“大視場”和“高分辨”無法兼顧的矛盾。



圖 1：數(shù)字全息顯微鏡的原理圖

上世紀 90 年代以來，光學超分辨顯微成像技術得到了快速的發(fā)展，該領域的領航者 S- W. Hell，E. Betzig 和 W. E. Moerner 被授予 2014 年諾貝爾化學獎。這些方法均采用了熒光標記，利用熒光的“光切換”特性來實現(xiàn)超分辨成像。在過去的幾十年中，科學家們在提高 DHM（無標記顯微技術）空間分辨率方面也做出了許多努力。


西安電子科技大學 郜鵬 教授和南京師范大學 袁操今 教授合作在 Light: Advanced Manufacturing 上發(fā)表了題為“Resolution enhancement of digital holographic microscopy via synthetic aperture: a review（基于合成孔徑數(shù)字全息顯微鏡分辨率增強技術）”的綜述論文，回顧了  DHM 中不同分辨率增強的方法，并比較了它們的優(yōu)缺點。




DHM的分辨率由照明光波長、照明和全息記錄系統(tǒng)的數(shù)值孔徑所決定: δ=kλ/(NAillum+NAimag)。DHM的分辨率增強方法可分為三種：


（1）照明調制技術
（2）全息記錄系統(tǒng)的合成孔徑技術
（3）深度學習輔助法。

照明調制技術，采用離軸照明、結構光照明和散斑照明來提高 NAillum，最終在大視場下實現(xiàn) DHM 空間分辨率的提高，同時還可以實現(xiàn)對厚樣品的三維層析。全息記錄（成像）信息增強方法，通過數(shù)字/物理擴增全息圖或者采用壓像元技術，來提高無透鏡 DHM 的