搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于环形抽运光的红外超分辨显微成像方法

刘鸿吉 刘双龙 牛憨笨 陈丹妮 刘伟

引用本文:
Citation:

基于环形抽运光的红外超分辨显微成像方法

刘鸿吉, 刘双龙, 牛憨笨, 陈丹妮, 刘伟

A super-resolution infrared microscopy based on a doughnut pump beam

Liu Hong-Ji, Liu Shuang-Long, Niu Han-Ben, Chen Dan-Ni, Liu Wei
PDF
导出引用
  • 本文提出一种突破衍射极限的红外显微成像方法,该方法基于抽运-探测模式,采用了环形而非高斯型强度分布的抽运光,由于样品在环形光强度峰值附近区域达到吸收饱和,因此当高斯分布的探测光随后到达样品时,只有环形光的中心区域才能吸收探测光的能量,而且吸收区域随着环形光的强度增加而减小.这意味着,如果以被吸收的探测光能量作为该成像系统的信号,本文提出的方法可以使系统的分辨率超越衍射极限的限制.本文模拟了不同环形光能量下成像系统的空间分辨率,结果表明:当环形光能量为100 nJ、探测光能量为0.1 nJ时,该方法的理论分辨率在236 nm,比传统红外显微成像系统分辨率提高了约14倍.
    An approach to breaking through the diffraction limitation in infrared microscopies is put forward in this paper. In this method, instead of Gaussian pump beam, an intensive vortex beam is first focused on the sample, leading to the saturation absorption of peripheral molecules in the point spread function (PSF). The vortex beam is followed by a Gaussian probe beam with the same wavelength. Because of the previous saturation absorption, the probe beam can only be absorbed by the molecules near the center, resulting in a shrunk PSF which means super-resolution. Furthermore, the PSF of a system based on this approach is numerically simulated. With a 100 nJ pulse energy vortex beam and a 0.1 nJ pulse energy probe beam, the theoretical resolution FWHM (full width at half maximum) is measured to be about 236 nm which is 14 times better than that of the traditional infrared microscopy.
      通信作者: 陈丹妮, danny@szu.edu.cn;liuwei616029@163.com ; 刘伟, danny@szu.edu.cn;liuwei616029@163.com
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB825802,2015CB352005)、国家自然科学基金(批准号:61335001,61235012)、国家重大科学仪器设备开发专项(批准号:2012YQ15009203)和深圳市科技计划(批准号:JCY20160308104404452)资助的课题.
      Corresponding author: Chen Dan-Ni, danny@szu.edu.cn;liuwei616029@163.com ; Liu Wei, danny@szu.edu.cn;liuwei616029@163.com
    • Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2012CB825802, 2015CB352005), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61335001, 61235012), the National Key Scientific Instrument and Equipment Development Project of China (Grant No. 2012YQ15009203), and the Science and Technology Planning of Shenzhen, China (Grant No. JCY20160308104404452).
    [1]

    Sakai M, Kawashima Y, Takeda A, Ohmori T, Fujii M 2007 Chem. Phys. Lett. 439 171

    [2]

    Dazzi A, Prazeres R, Glotin F, Ortega J M 2006 Infrared Phys. Technol. 49 133

    [3]

    Dazzi A, Prazeres R, Glotin F, Ortega J M 2007 Ultramicroscopy 107 1194

    [4]

    Mayet C, Dazzi A, Prazeres R, Allot F, Glotin F, Ortega J M 2008 Opt. Lett. 33 1611

    [5]

    Kennedy E, Al-Majmaie R, Al-Rubeai M, Zerulla D, Rice J H 2013 RSC Adv. 3 13789

    [6]

    Silien C, Liu N, Hendaoui N, Tofail S A M, Peremans A 2012 Opt. Express 20 29694

    [7]

    Pita I, Hendaoui N, Liu N, Kumbham M, Tofail S A M, Peremans A, Silien C 2013 Opt. Express 21 25632

    [8]

    Kogure S, Inoue K, Ohmori T, Ishihara M, Kikuchi M, Fujii M, Sakai M 2010 Opt. Express 18 13402

    [9]

    Inoue K, Fujii M, Sakai M 2010 Appl. Spectroscopy 64 275

    [10]

    Qiu J P, Liang R F, Peng X, Li Y H, Liu L X, Yin J, Qu J L, Niu H B 2015 Acta Phys. Sin. 64 048701 (in Chinese)[邱骏鹏, 梁闰富, 彭晓, 李亚晖, 刘立新, 尹君, 屈军乐, 牛憨笨2015物理学报64 048701]

    [11]

    Liu S L, Liu W, Chen D N, Qu J L, Niu H B 2016 Acta Phys. Sin. 65 064204 (in Chinese)[刘双龙, 刘伟, 陈丹妮, 屈军乐, 牛憨笨2016物理学报65 064204]

    [12]

    Cheng J X, Xie X S 2004 J. Phys. Chem. B 108 827

    [13]

    Fu D, Lu F K, Zhang X, Freudiger C, Pernik D R, Holtom G, Xie X S 2012 J. Am. Chem. Soc. 134 3623

    [14]

    Loudon R 1983 The Quantum Theory of Light Second Edition(New York:Oxford University Press) p26

    [15]

    Heilweil E J, Casassa M P, Cavanagh R R, Stephenson J C 1985 J. Chern. Phys. 82 5216

    [16]

    Heilweil E J, Casassa M P, Cavanagh R R, Stephenson J C 1986 J. Chern. Phys. 85 5004

    [17]

    Luo D, Kuang C F, Hao X, Liu X 2012 Opt. Laser. Eng. 50 944

    [18]

    Miller L M, Dumas P 2006 Biochim. Biophys. Acta-Biomembr. 1758 846

    [19]

    Freudiger C W, Min W, Saar B G, Lu S J, Holtom G R, He C W, Tsai J C, Kang J X, Xie X S 2008 Science 322 1857

  • [1]

    Sakai M, Kawashima Y, Takeda A, Ohmori T, Fujii M 2007 Chem. Phys. Lett. 439 171

    [2]

    Dazzi A, Prazeres R, Glotin F, Ortega J M 2006 Infrared Phys. Technol. 49 133

    [3]

    Dazzi A, Prazeres R, Glotin F, Ortega J M 2007 Ultramicroscopy 107 1194

    [4]

    Mayet C, Dazzi A, Prazeres R, Allot F, Glotin F, Ortega J M 2008 Opt. Lett. 33 1611

    [5]

    Kennedy E, Al-Majmaie R, Al-Rubeai M, Zerulla D, Rice J H 2013 RSC Adv. 3 13789

    [6]

    Silien C, Liu N, Hendaoui N, Tofail S A M, Peremans A 2012 Opt. Express 20 29694

    [7]

    Pita I, Hendaoui N, Liu N, Kumbham M, Tofail S A M, Peremans A, Silien C 2013 Opt. Express 21 25632

    [8]

    Kogure S, Inoue K, Ohmori T, Ishihara M, Kikuchi M, Fujii M, Sakai M 2010 Opt. Express 18 13402

    [9]

    Inoue K, Fujii M, Sakai M 2010 Appl. Spectroscopy 64 275

    [10]

    Qiu J P, Liang R F, Peng X, Li Y H, Liu L X, Yin J, Qu J L, Niu H B 2015 Acta Phys. Sin. 64 048701 (in Chinese)[邱骏鹏, 梁闰富, 彭晓, 李亚晖, 刘立新, 尹君, 屈军乐, 牛憨笨2015物理学报64 048701]

    [11]

    Liu S L, Liu W, Chen D N, Qu J L, Niu H B 2016 Acta Phys. Sin. 65 064204 (in Chinese)[刘双龙, 刘伟, 陈丹妮, 屈军乐, 牛憨笨2016物理学报65 064204]

    [12]

    Cheng J X, Xie X S 2004 J. Phys. Chem. B 108 827

    [13]

    Fu D, Lu F K, Zhang X, Freudiger C, Pernik D R, Holtom G, Xie X S 2012 J. Am. Chem. Soc. 134 3623

    [14]

    Loudon R 1983 The Quantum Theory of Light Second Edition(New York:Oxford University Press) p26

    [15]

    Heilweil E J, Casassa M P, Cavanagh R R, Stephenson J C 1985 J. Chern. Phys. 82 5216

    [16]

    Heilweil E J, Casassa M P, Cavanagh R R, Stephenson J C 1986 J. Chern. Phys. 85 5004

    [17]

    Luo D, Kuang C F, Hao X, Liu X 2012 Opt. Laser. Eng. 50 944

    [18]

    Miller L M, Dumas P 2006 Biochim. Biophys. Acta-Biomembr. 1758 846

    [19]

    Freudiger C W, Min W, Saar B G, Lu S J, Holtom G R, He C W, Tsai J C, Kang J X, Xie X S 2008 Science 322 1857

  • [1] 杨浩智, 聂梦娇, 马光鹏, 曹慧群, 林丹樱, 屈军乐, 于斌. 基于数字微镜器件的快速超分辨晶格结构光照明显微研究. 物理学报, 2024, 73(9): 098702. doi: 10.7498/aps.73.20240216
    [2] 凌进中, 郭金坤, 王昱程, 刘鑫, 王晓蕊. 基于倏逝波照明的空间移频超分辨成像技术研究. 物理学报, 2023, 72(22): 224202. doi: 10.7498/aps.72.20230934
    [3] 郭忠凯, 李永刚, 于博丞, 周世超, 孟庆宇, 陆鑫鑫, 黄一帆, 刘贵鹏, 陆俊. 锁相放大器的研究进展. 物理学报, 2023, 72(22): 224206. doi: 10.7498/aps.72.20230579
    [4] 葛阳阳, 何灼奋, 黄黎琳, 林丹樱, 曹慧群, 屈军乐, 于斌. 平场复用多焦点结构光照明超分辨显微成像. 物理学报, 2022, 71(4): 048704. doi: 10.7498/aps.71.20211712
    [5] 葛阳阳, 于斌. 平场复用多焦点结构光照明超分辨显微成像研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211712
    [6] 张佳, SamantaSoham, 王佳林, 王璐玮, 杨志刚, 严伟, 屈军乐. 一种用于线粒体受激辐射损耗超分辨成像的新型探针. 物理学报, 2020, 69(16): 168702. doi: 10.7498/aps.69.20200171
    [7] 田源, 葛浩, 卢明辉, 陈延峰. 声学超构材料及其物理效应的研究进展. 物理学报, 2019, 68(19): 194301. doi: 10.7498/aps.68.20190850
    [8] 刘雄波, 林丹樱, 吴茜茜, 严伟, 罗腾, 杨志刚, 屈军乐. 荧光寿命显微成像技术及应用的最新研究进展. 物理学报, 2018, 67(17): 178701. doi: 10.7498/aps.67.20180320
    [9] 张崇磊, 辛自强, 闵长俊, 袁小聪. 表面等离激元结构光照明显微成像技术研究进展. 物理学报, 2017, 66(14): 148701. doi: 10.7498/aps.66.148701
    [10] 蒲明博, 王长涛, 王彦钦, 罗先刚. 衍射极限尺度下的亚波长电磁学. 物理学报, 2017, 66(14): 144101. doi: 10.7498/aps.66.144101
    [11] 胡睿璇, 潘冰洋, 杨玉龙, 张伟华. 基于线性成像系统的光学超分辨显微术回顾. 物理学报, 2017, 66(14): 144209. doi: 10.7498/aps.66.144209
    [12] 刘仿, 李云翔, 黄翊东. 基于双表面等离子激元吸收的纳米光刻. 物理学报, 2017, 66(14): 148101. doi: 10.7498/aps.66.148101
    [13] 林丹樱, 屈军乐. 超分辨成像及超分辨关联显微技术研究进展. 物理学报, 2017, 66(14): 148703. doi: 10.7498/aps.66.148703
    [14] 邹超, 徐智谋, 马智超, 武兴会, 彭静. 钛酸锶钡纳米管的制备及其红外吸收性能研究. 物理学报, 2015, 64(11): 118101. doi: 10.7498/aps.64.118101
    [15] 刘伟, 陈丹妮, 刘双龙, 牛憨笨. 超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术及其探测极限分析. 物理学报, 2013, 62(16): 164202. doi: 10.7498/aps.62.164202
    [16] 李恒, 于斌, 陈丹妮, 牛憨笨. 高效双螺旋点扩展函数相位片的设计与实验研究. 物理学报, 2013, 62(12): 124201. doi: 10.7498/aps.62.124201
    [17] 梁高峰, 赵青, 陈欣, 王长涛, 赵泽宇, 罗先刚. 基于多层膜结构的亚波长光栅研究. 物理学报, 2012, 61(10): 104203. doi: 10.7498/aps.61.104203
    [18] 余本海, 戴能利, 王 英, 李玉华, 季玲玲, 郑启光, 陆培祥. 飞秒激光烧蚀LiNbO3晶体的形貌特征与机理研究. 物理学报, 2007, 56(10): 5821-5826. doi: 10.7498/aps.56.5821
    [19] 曹 霞, 王治国, 何赛灵, 夏宇兴, 詹 黎. MgO:LiNb0.3与LiNb0.3质子交换光波导光学及结构特征的比较. 物理学报, 2004, 53(11): 3786-3793. doi: 10.7498/aps.53.3786
    [20] 魏建华, 解士杰, 梅良模. 金属卤化物中的晶格振动. 物理学报, 2000, 49(10): 2027-2032. doi: 10.7498/aps.49.2027
计量
  • 文章访问数:  6350
  • PDF下载量:  261
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-07
  • 修回日期:  2016-09-01
  • 刊出日期:  2016-12-05

/

返回文章
返回