利用全息相衬干涉显微术研究EDTA对KDP晶体生长习性的影响

利用全息相衬干涉显微术 (HPCIM)研究了EDTA对KDP晶体 (10 0 )柱面和 (10 1)锥面生长习性的影响。通过界面边界层宽度的变化 ,可以直观地观测到在溶液中添加少量的EDTA后 ,促使KDP晶体沿柱面和锥面的生长 ,特别是对柱面的影响更为显著 ,并对此作了解释。最佳的EDTA浓度范围有待于进一步研究。

宽光谱干涉显微术快速提取内指纹

指纹识别是一种广泛应用的生物特征识别技术,但现有指纹身份识别装置由于容易被指纹膜欺骗而存在安全问题,手指表面弄脏、太湿或者磨损也会导致识别失效,存在鲁棒性差的问题。手指内部220~550μm的皮肤层,具有表面(外部)指纹相同的拓扑特征。这些内部层,充当"主模板"导致外部指纹按照它的形状生长,另外,手指内部的汗腺和微血管结构也和指纹有跟随形状。这些皮下指纹,和对应层面的汗腺等组织结构,具有终生不变性,我们称之为内指纹。内指纹难以仿制,可以用于准确而高度鲁棒的生物身份识别。但是目前报道的用扫频层析术获得内指纹图像,由于对二维正面图像提取需要扫描,并最终从三维指纹结构中重构正面图像,数据量大,提取速度太慢,限制了其实用性。提出一种基于宽光谱干涉显微术的手指皮肤下内部指纹成像系统,以宽光谱弱相干白光激光实现3.5μm轴向分辨率,采用低数值孔径的光路提高了穿透深度,利用光源空间非相干性和阵列探测器无需扫描一次性获得6.14mm×6.14mm的内指纹图像,实现了0.4s每帧的快速读取,并以三维分层图像展示了手指内部指纹,及其汗腺结构等特征,该工作确认了宽广谱干涉显微术快速提取内指纹用于生物识别的可行性,为高安全度生物识别提供了新方法。

基于相位展开及拼接算法的一种高精度大量程宽光谱干涉显微术

宽光谱干涉显微术广泛应用于高精密检测领域,它测量样品形貌通常采用垂直扫描干涉术对亚微米至毫米级特征进行测量,以及相移干涉术对纳米级特征进行测量。其中,相移干涉术精度可达纳米级,但量程有限,高度变化对应的相位需限制在区间内。采用包裹相位展开算法可以扩展相移干涉术的量程,也仅适用于平滑表面,当高度起伏超出焦深或者光源相干长度的限定范围时,干涉条纹模糊或对比度丧失,所解算的结果将产生较大误差甚至错误。提出一种基于相位展开及拼接算法的高精度、大量程宽光谱干涉显微测量方法,以干涉条纹调制度量化条纹质量,条纹对比度高、成像清晰的区域对应调制度较高,定义当前焦面条纹调制度高于阈值的区域为理想区域,定义焦面条纹调制度低于阈值的区域为问题区域。以相位展开算法获得理想区域中的样品相位分布,问题区域的包裹相位不进行展开。使用微位移结构纵向移动物镜焦平面,选择合理的步长,使相邻焦面位置理想区域展开后的真实相位保持部分区域重合,根据重合区域的相位值均差可以实现不同焦面位置的高精度相位拼接,最终获得扩展量程的高精度真实相位结果,进而可以恢复样品完整的表面形貌分布。该算法通过对理想区域的筛选,避免了相位在问题区域展开带来的误差,可以得到精确的测量结果。通过模拟计算和实验验证,证明了该方法不仅保持了宽光谱干涉显微术中相移干涉术的纳米级高精度,还可将其量程从数百纳米拓展到数微米。而且,该方法精度不依赖于位移部件,理论上量程可以拓展到显微物镜的全工作距离。

相移干涉显微术测量表面微观形貌

在微分干涉相衬显微镜中加入偏振相移装置,实现了对干涉光强的调制,达到了相移的目的,构造了具有纳米级分辨率的相移干涉显微测量系统。编制了一套测试软件及多组数据处理软件,将测量系统的各组成部分用软件进行了连接。分析并解决了测量过程中的技术难题,对纳米表面微观形貌进行了高精度实时自动测量。该测量系统能够准确地重构出纳米表面微观形貌,并给出了定量测量数据。

表面等离子体共振显微术的空间分辨力

对基于相位探测的干涉型表面等离子体显微术(SPIM)和基于强度探测的常规表面等离子体显微术(SPM)的空间分辨力进行了较系统的理论研究和比较,结果表明SPIM具有较高的空间分辨力。在给定的条件下,SPIM的最大纵向分辨力为0.212pm,是SPM的2.15倍。而在纵向分辨力都为2pm的条件下,SPIM的横向分辨力为2.17mm,是SPM的2倍。

微分干涉差显微成像方法高通量分析单个苏金云芽孢杆菌HD-1芽孢萌发

苏云金芽孢杆菌(Bt)休眠的芽孢具有极强的抗逆境能力,在合适的条件下很快萌发。本研究采用倒置显微镜建立微分干涉差(DIC)显微成像方法,高通量实时监测大量单个HD-1芽孢的萌发过程,并运用拉曼光谱进行对比。结果显示,萌发过程DIC图像亮度变化动态与芽孢吡啶二羧酸的含量变化有对应性;6 s的时间分辨率即可较好地呈现芽孢的萌发动态;以10 mmol/L丙氨酸为营养萌发剂,Bt芽孢在Tris-HCl(pH 8.3)和Hepes(pH 7.4)缓冲液中的萌发动态基本相同;Bt芽孢在非营养萌发剂月桂胺中萌发极其缓慢,而在外源2,6-吡啶二羧酸钙下萌发极其迅速。结果表明,应用DIC显微成像技术可实现高通量实时观测大量单个Bt芽孢萌发的动态过程,为了解Bt芽孢的萌发机制和异质性提供了极大便利。

MEMS显微干涉测量系统中相移器性能的研究

显微干涉测量方法是一种被广泛使用的高精度表面测量方法,其中相移器的性能直接影响到系统测量的精度.对MEMS测量系统中使用的压电陶瓷相移器的主要误差源,包括迟滞、非线性和蠕变等进行了分析,并对开环条件下的相移器运动进行了标定.实验分别在开环和闭环条件下测量了经过NIST认证的标准44nm台阶,说明了两种条件下的测量精度,10次测量的平均值分别为41.34nm和43.24nm,标准偏差分别为2.08nm和0.41nm.

小鼠早期胚发育全程微分干涉差显微观察

目的对小鼠早期胚发育全程进行系统的微分干涉差显微观察并制成图谱。方法通过体外受精和体内受精方法获得小鼠卵母细胞和早期胚胎,利用倒置微分干涉差显微镜观察排卵前卵母细胞至扩展囊胚的早期胚发育全过程,数码显微摄影系统拍照。结果记录排卵前卵母细胞至扩展囊胚的小鼠早期胚发育全过程,制成微分干涉差显微图谱。结论微分干涉差显微镜观察卵母细胞和各阶段早期胚,立体感强,对比度适当,可以准确生动地显示微细结构,所形成的图谱可供胚胎培养与操作借鉴。

全息干涉法对气液流动浓度边界层的实验观测

Laser holographic interferometer system was used to visualize the concentration profiles within the vicinity of the gas-liquid interface under the co-current flowing conditions of gas/liquid two fluids.Interferograms on different experimental conditions were obtained,and the concentration profiles as well as the thickness of the concentration boundary layer were calculated.Finally the influence of the Reynolds number of the liquid phase on the boundary layer thickness was discussed.

用于表面形貌测量的扫描白光干涉技术进展

扫描白光干涉术是目前最精确的表面形貌测量技术之一,被广泛应用于工业与科研领域。从发明至今的三十余年间,在精密光学、半导体、汽车及航天等先进制造领域的需求牵引下,该技术不断取得新的进展与突破。本文从技术应用、方法和算法创新、系统设计、理论模型、校准与误差补偿等方面,总结了过去二十年扫描白光干涉技术的重要进展,对该领域进一步发展提出了展望。

微表面形貌大视场检测相移显微干涉仪研制

基于相移干涉术,研制了立式大视场Mirau相移显微干涉仪,它包括干涉成像和照明系统、竖直方向上的压电陶瓷传感器(PZT)微位移系统、被测面的两维扫描系统、图像采集和处理系统,是无限筒长显微镜结构和Mirau干涉结构的叠加。大视场表面形貌通过多孔径扫描拼接实现。单片机串口控制电路控制电控平移台的精确位移,实现了被测面的两维扫描,最小的横向位移为0.039μm,扩展后的视场达到12.5mm×12.5mm。测量了光纤连接器端面的表面形貌,重复测量精度小于2nm。

移相显微干涉系统中的衍射效应分析

在移相型显微干涉轮廓仪中，由于显微放大系统对每幅干涉条纹图能通过的空间带宽有限，使得在最终计算重构样品细节形貌时出现畸变现象，通过模拟计算给出了对这种现象的分析，并给出了在一定条件下改善该畸变现象的方法。

伪红色双轴虫皮层色素颗粒和黏液泡的显微、亚显微结构观察

应用微分干涉相差显微术和超微结构显微术显示,腹毛目纤毛虫伪红色双轴虫(Diaxonella pseudorubra)细胞内含有大、小两种皮层色素颗粒,细胞质具有黏液泡类胞器.其中皮层色素颗粒以二分裂或出芽分裂增殖,其颗粒呈现不同的大小与颗粒分裂有关;黏液泡位于细胞质深部,成熟的黏液泡在发射前成波浪形,以"阿米巴"样运动到表膜,射出泡内物质.据结果认为,该纤毛虫的两种皮层色素颗粒可能有共同的起源,两者都与纤毛虫细胞颜色的遗传有关;黏液泡的形成和排出过程除对促进细胞内膜物质的流动和更新以及表膜的更新具有物质贡献外,可能对口区食物的摄取和促进食物泡的形成有作用.

复杂微结构三维形貌测量方法的研究

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉图建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统(MEMS)器件的运动测量。以微谐振器为测试器件,对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量,实验的离面理论测量精度优于0.5 nm,测试结构内部的面内理论测量精度优于0.5μm,而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响,其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。

光学技术的创新应用：细菌芽孢萌发机理研究

了解细胞生命活动途径并阐释其功能和分子机制是当前生命科学与物理科学交叉领域面临的重要科学挑战之一,而光学技术的创新与应用,能够通过监测单个细胞生理变化的细节来实现上述目标。细菌芽孢是一种特殊的休眠体,从休眠态转向营养生长的萌发过程是一种特别的细胞生理过程。光学技术和单细胞分析在芽孢萌发研究中的应用与发展,对认识芽孢萌发机理及其异质性发挥了极其重要的作用。就拉曼光谱、微分干涉差显微术、荧光成像和拉曼成像等技术的基本原理及其在细菌芽孢萌发中的应用与进展,前景与存在问题进行了简要述评。

哥伦比亚以新方法测定炭黑分散度

美国哥伦比亚公司近日报道，该公司用一种光学干涉显微术，来观测炭黑在胶料中的分散效果。该方法是用刀片在橡胶试片上切出切口，利用光学干涉原理，观察胶片的切口，并测定其表面的三维粗糙度。该粗糙度与炭黑分散度呈良好的相关性。从而，可以测量炭黑在胶料中的分散度。该方法的优点是，采用现代技术，提供快速而精确的测试结果。