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看不见的-偏光调整增加透明物体的可见性

更新时间:2020-07-19 18:56点击:

在生物显微镜和x射线成像中,许多透明的物体或结构是很难观察到的。由于它们对光的吸收很低,通常的强度测量方法不起作用。相反,结构信息主要是通过光在物体不同部位传播时的不同相位变化来传递的。

泽尼克发明了相位对比显微镜,使透明物体可见,并于1953年获得诺贝尔物理学奖。后来,为了进一步增强对比度,人们开发了一种称为差分干涉对比度成像的方法,可以定量地将相位变化转化为强度,提供光在物体上传播时所经历的光路信息——光厚度。基于干扰设置或纳米结构器件的方法也已得到证明。然而,目前的方法依赖于复杂的配置,导致光学对准和调整困难。

空间微分的光学计算:超越边缘检测

解决这些困难的方法可以在入射光的电场空间分异的光学计算中找到,把光看作电磁波。到目前为止,该应用仅限于边缘检测,可以提高透明物体边缘的对比度。然而,这并没有解决定量相分布恢复的困难。最近,由浙江大学阮志超领导的一个研究小组开发了一种可调节的空间分异来表征和定量恢复相位分布。

阮的团队证明了一个简单的方案——调整偏振器——可以光学计算入射光场沿不同方向的空间分异。他们还通过调整均匀恒定的背景作为偏差来提高对比度,创建一个虚拟光源,在测量的图像上投下阴影。基于这种偏见的方法,他们可以区分阶段增加和减少的光场分布和量化观测对象的光学厚度与高度的精度(在0.05λ)。

这种方法简单、灵活,而且比目前的方法便宜得多。它避免了制造复杂的结构,以及光学对准和调整的困难。也许最重要的是,所提出的方法是独立于光波长的,并可能为定量x射线或电子显微镜成像中的相位开辟新的途径。