晰光學(xué)匹配全景探測(cè)通道技術(shù)用于深層腦部大體積成像技術(shù)背景：活體大腦中的高分辨率光學(xué)成像已成為研究動(dòng)物行為背后神經(jīng)回路（neural circuits）可塑性和功能的有力工具?；蚓幋a的熒光指示劑和光學(xué)成像使對(duì)活體動(dòng)物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的選擇性標(biāo)記和觀察成為可能，這改變了神經(jīng)回路的研究。此類技術(shù)需要將光聚焦到腦組織內(nèi)。由于折射率不均勻引起的隨機(jī)光散射，單細(xì)胞分辨率的功能成像探測(cè)深度通常在1 毫米的量級(jí)。即使對(duì)于厘米級(jí)的小鼠大腦，這種穿透深度也將大腦區(qū)域的光學(xué)成像限制在了淺表層，因此除非采用侵入式手段，否則大部分大腦仍然無(wú)法進(jìn)行高分辨率光學(xué)成像。盡管功能磁共振成像和基于超聲的方法等宏觀和介觀成像模式 ...

體顯示技術(shù)背景：自由空間立體顯示器，或在空間中創(chuàng)建發(fā)光圖像點(diǎn)的顯示器，是非常類似于流行小說(shuō)中三維顯示器的技術(shù)。這種顯示器能夠在“稀薄的空氣”中產(chǎn)生幾乎從任何方向都可以看到并且不會(huì)被剪裁的圖像。相比之下，全息圖像點(diǎn)只有處于從衍射二維 面出發(fā)，并在觀察者的眼睛處結(jié)束的線上時(shí)才可見(jiàn)。無(wú)論全息圖的構(gòu)圖、分辨率或方向如何，這種被描述為“裁剪(clipping)”或“漸暈(vignetting)”的限制都會(huì)存在。裁剪的實(shí)際效果是必須像電視一樣觀看全息圖。也就是說(shuō)，對(duì)于有限尺寸的全息圖，可實(shí)現(xiàn)的z佳面內(nèi)視角是圍繞顯示表面有360°。然而，任何單個(gè)圖像點(diǎn)周圍的z大視角都小于 360°，并且隨著圖像點(diǎn)遠(yuǎn)離全息顯 ...

光直寫技術(shù)背景：?jiǎn)畏肿语@微鏡極大地?cái)U(kuò)展了我們對(duì)細(xì)胞環(huán)境中蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)組織、功能構(gòu)象(functional conformations)和動(dòng)力學(xué)的了解。近來(lái)的研究在提高其空間分辨率 、穿透深度、活細(xì)胞成像能力和單分子成像方法上取得了顯著進(jìn)展。具有高空間分辨率的單分子成像方法都采用軸向聚焦鎖定(如全內(nèi)反射模式的紅外激光)和橫向校正方法(如熒光標(biāo)記)的組合。以高準(zhǔn)確度(~1nm)執(zhí)行的實(shí)時(shí)三維聚焦鎖定將來(lái)自單個(gè)熒光事件的光子收集z大化，并且與沒(méi)有主動(dòng)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)方法相比，定位精度提高了>10 倍。不準(zhǔn)確或緩慢的主動(dòng)校正會(huì)導(dǎo)致漂移，降低定位精度并顯著降低原位分辨率(即使在過(guò)濾或分組等分析后處 ...

學(xué)記錄技術(shù)背景：在體內(nèi)以細(xì)胞級(jí)空間分辨率和毫秒級(jí)時(shí)間分辨率對(duì)三維大腦回路中的神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行光學(xué)記錄對(duì)于探測(cè)大腦中的信息流至關(guān)重要。通常使用多光子顯微鏡對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行大規(guī)模體內(nèi)成像，以破譯動(dòng)物行為過(guò)程中分布式大腦回路中的神經(jīng)編碼和處理。然而，傳統(tǒng)掃描顯微鏡很難應(yīng)對(duì)在毫秒時(shí)間尺度上運(yùn)行的神經(jīng)元回路的三維結(jié)構(gòu)(因?yàn)轶w積和毫秒采集難以協(xié)調(diào))。體積多平面成像僅限于低采樣率和低軸向采樣密度，因?yàn)轶w素采集最終受到激光脈沖率的限制?？臻g激發(fā)多路復(fù)用改進(jìn)了三維采樣，但廣泛的多路復(fù)用通過(guò)背景熒光的積累降低了信噪比(SNR)，并加劇了大腦發(fā)熱。雖然隨機(jī)存取多光子顯微鏡允許在三個(gè)維度上快速光學(xué)訪問(wèn)神經(jīng)元目標(biāo)，但該方 ...

學(xué)概念技術(shù)背景：全世界人口中持續(xù)增長(zhǎng)的惡性腫瘤及生活方式誘導(dǎo)的疾病迫切需求一種新的、無(wú)創(chuàng)的、無(wú)標(biāo)記的成像模態(tài)用于早期在體疾病檢測(cè)。這些在體檢測(cè)包括常規(guī)的疾病狀態(tài)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)、手術(shù)過(guò)程中的術(shù)中成像等。目前，許多研究表明，聯(lián)合相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)、二次諧波生成(second harmonic generation,SHG)、雙光子激發(fā)熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡，可以實(shí)現(xiàn)離體生物樣本的分子組成和形態(tài)信息的高靈敏和高特異性無(wú)創(chuàng)無(wú)標(biāo)記檢測(cè)(區(qū)分惡性 ...

美光學(xué)技術(shù)背景：在硅光子技術(shù)中使用馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(Mach-Zehnder interferometer, MZI)可以實(shí)現(xiàn)給定維度的任意空間線性光學(xué)函數(shù)。當(dāng)前不足：如空間模式轉(zhuǎn)換器、線性光學(xué)量子計(jì)算門以及用于通信和其它應(yīng)用的任意線性光學(xué)處理器這樣的光學(xué)函數(shù)，可以在硅光子技術(shù)中使用MZI網(wǎng)格(mesh)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但性能受到不能實(shí)現(xiàn)理想的50：50分割的分束器的限制。文章創(chuàng)新點(diǎn)：基于此，美國(guó)斯坦福大學(xué)的David A. B. Miller提出了一種新的架構(gòu)和一種新穎的自我調(diào)整方法，可以自動(dòng)補(bǔ)償從85∶15到15∶85之間由于不完美制造產(chǎn)生的非理想分光比，并能夠大規(guī)模制造用于各種復(fù)雜和精確線性光 ...

立噪聲技術(shù)背景：獨(dú)立噪聲不利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于神經(jīng)元信號(hào)相比觀察腦活動(dòng)儀器的散粒噪聲和熱噪聲較弱，因此獨(dú)立噪聲會(huì)影響系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如，涉及到光子計(jì)數(shù)的熒光指示劑在體成像(電壓和鈣)，其散粒噪聲在像素級(jí)測(cè)量中占主導(dǎo)地位。同樣地，電子電路中存在的熱噪聲和散粒噪聲會(huì)影響fMRI中體內(nèi)電生理記錄和血氧水平依賴性(BOLD)反應(yīng)中動(dòng)作電位的檢測(cè)，從而影響真實(shí)生物信號(hào)的測(cè)量。手動(dòng)設(shè)計(jì)濾波器去噪使用場(chǎng)景有限。當(dāng)時(shí)空上接近的數(shù)據(jù)點(diǎn)有相同的潛在信號(hào)，但是被噪聲獨(dú)立影響時(shí)，中值或高斯濾波(在時(shí)域或傅里葉域)可以用于增強(qiáng)單次試驗(yàn)動(dòng)態(tài)，代價(jià)是空間和/或時(shí)間分辨率。盡管濾波的方法被廣泛使用，當(dāng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系橫跨 ...

解卷積技術(shù)背景：許多現(xiàn)代的成像系統(tǒng)集成了解卷積(deconvolution)算法，用于實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量提升以及增強(qiáng)成像系統(tǒng)的能力。光學(xué)器件的缺陷可能會(huì)在無(wú)意中讓圖像模糊(如像差)，解卷積可以在計(jì)算上消除其中的一些模糊。在顯微鏡中，解卷積可以減少離焦熒光，從而產(chǎn)生更銳利的三維圖像。另外，還可以將分布式點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)有意設(shè)計(jì)到成像系統(tǒng)中，從而獲得如單幀高光譜成像、單幀三維成像這樣的能力。在這種情況里，采用多路復(fù)用的光學(xué)器件通過(guò)將物空間中的每一點(diǎn)映射到成像傳感器上的分布式模式以將二維和三維信息編碼，然后利用解卷積算法從模糊或編碼的測(cè)量來(lái)重建編碼的清晰圖像或體積。現(xiàn)有的解卷積算法應(yīng)用場(chǎng)景有限?，F(xiàn)今已 ...

量全息技術(shù)背景：隨著超表面技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字光學(xué)全息圖可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率。這有利于數(shù)據(jù)加密，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，信息處理和三維顯示等應(yīng)用。然而，全息圖的帶寬對(duì)于任意的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)還是太低。為了克服這個(gè)困難，信息可以儲(chǔ)存在光的軌道角動(dòng)量里，因?yàn)檫@個(gè)自由度有一組無(wú)限的正交螺旋模式，可作為信息通道。迄今為止，軌道角動(dòng)量全息已經(jīng)通過(guò)相位型超表面實(shí)現(xiàn)，然而，這種技術(shù)受到通道串?dāng)_的損害，因此只展示了來(lái)自四個(gè)通道的多路復(fù)用信息。英文縮寫：軌道角動(dòng)量:orbital angular momentum,OAM復(fù)振幅OAM-復(fù)用超表面全息圖：complex-amplitude OAM-multiplexing metas ...

樣品穿透和背景信號(hào)減弱方面具有優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)測(cè)鹽水中葡萄糖、乳酸和肌酐的濃度。方案中使用了一束光纖，以便于在不犧牲光譜分辨率的情況下，將更多的光子從樣本上的大面積傳送到光譜儀的入口狹縫。實(shí)驗(yàn)的設(shè)置如上圖2所示：本實(shí)驗(yàn)使用的激發(fā)源為200 mW的830氬離子激光泵浦染料激光器。后向散射的光子通過(guò)二色分束器被光纖束采集。實(shí)驗(yàn)中記錄光譜的曝光時(shí)間為100秒。圖3根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與結(jié)果，新的方案提出在收集路徑中替換使用拋物面鏡，進(jìn)一步增加可以記錄的拉曼散射光子的數(shù)量，如上圖3所示。這種類型的拉曼系統(tǒng)已經(jīng)被許多不同的研究小組證明可以有效地測(cè)量血液分析物的濃度。圖4另一種強(qiáng)大的拉曼多分量分析方法是使用液芯光 ...