负折射率材料及其成像规律--由2020年北京普高适应性测试物理卷第14题引发的思考

针对最近热议的2020年北京普高适应性测试物理卷第14题中所涉及的负折射率材料,文中对这类材料的研究历史与前沿进展进行了简要介绍,对该问题中出现的“是否超光速”这一争议点进行了讨论.然后根据光在负折射率材料中的传播规律,对一块由负折射率材料构成的具有一定厚度的平板介质的成像特点进行了计算,得到了其成实像的判定条件,并与正折射率材料的成像特点进行了对比.最后,利用Matlab模拟直观展示了物体所发出的不同入射角度的光线经过不同折射率组合的介质后的传播规律.

高精度数字全息显微衍射层析成像

采用样品转动结构的光学衍射层析技术存在"苹果核频谱缺失"的问题,为此,本文提出傅里叶衍射映射正约束迭代算法以恢复缺失频谱,实现高精度折射率层析成像.首先基于光学衍射层析成像原理,采用带有样品转动装置的数字全息显微成像系统记录下360°视角内各个角度的显微全息图,计算得到每个角度的复振幅像分布;然后运用傅里叶衍射映射和正约束迭代相结合的衍射层析成像算法,计算得到样品内部折射率的三维分布.实验结果表明,该方法能有效地恢复缺失频谱,高精度地测量微小样品内部的折射率三维分布.

聚焦型折射率显微成像系统空间分辨率的影响因素及改进方法

为了提高成像系统的空间分辨率,分析聚焦型折射率显微成像系统中聚焦光斑尺寸与包络形状对空间分辨率的影响机制,提出一种通过数值去卷积算法改善成像空间分辨率的方法。首先分析聚焦广义柱矢量光束的空间场分布,接着对比该光束与理想细光束在折射率显微成像过程中对空间分辨率的影响差异。通过测量折射率与形状已知的PS(Polystyrene)小球,获得该实验条件下系统的点扩展函数。采用去卷积算法对其他样品图像进行重构,获得更加接近真实情况的实验结果。结果表明,该方法对提高该系统的成像质量与空间分辨率有着显著的效果。

基于光学相干层析成像的投影折射率计算机层析成像系统研制

报道了基于光纤型光学相干层析成像(OCT)的投影折射率计算机层析成像(PICT)系统,并利用研制的系统对外径为1.3 mm,内径为0.9 mm的充水玻璃管样品进行了测量。样品以1°的步进角旋转,共采集180个方向上的投影值,然后利用卷积反投影算法进行了折射率分布图像的重建。实验结果表明,系统具有较高的空间分辨率,能够正确区分空气、玻璃和水三种不同折射率的物质,且其边界清晰可辨;由于利用了折射率信息,投影折射率计算机层析图像消除了常规光学相干层析图像中的几何畸变。

生物折射率三维无标记定量成像研究进展

折射率是生物样本最重要的光学属性,经常作为内源性“标记物”进行无标记定量成像。虽然通过测量光程差获取相位信息的传统定量相位成像方法已被广泛研究,然而其获取的相位结果是样本折射率与厚度的耦合产物,无法重建三维形态学信息。近年来,以光学投影层析方法为开端,研究人员率先开启了以三维折射率定量成像为目标的形态学特征重建方法研究。然而光学投影层析方法未考虑衍射效应,导致其精度不足。为解决该问题,基于散射反演求解的光学衍射层析技术应运而生,并在无标记生物三维成像方面展现出巨大的潜力。本文锁定生物折射率三维无标记定量成像研究,聚焦光学投影层析和光学衍射层析两种方法的发展历程,从正向测量模型、反演算法以及实现方法三方面进行综述,并对该研究未来的工作进行展望。

Direct and real-time sub-wavelength resolution photoacoustic imaging method based on acoustic lens with negative refractive index

The signal processing technology based on material with negative refractive index provides researchers with the latest ideas. As a new nondestructive bio-photonic technology, photoacoustic tomography is a kind of imaging method based on the differences of optical absorption within the biological organization However, photoacoustic tomography by the scanning sensor or by the sensors array at present has its inherent disadvantages that may lead to poor real-time performance and high cost in the imaging process. The characteristics of acoustic lens with negative refractive index such as focusing, filtering and directional control on acoustic wave, are very suitable for solving the problem in photoacoustic tomography. With an analysis on the nega-tive quality response of acoustic lens and the advantages of negative refractive imaging, we proposed an approach using the lens to change the current photoacoustic imaging methods. The experiment showed that the imaging effectiveness of photoacoustic tomography by the designed lens is very impressive that the pressure distribution of the absorber is basically consistent with the image of the absorber. In addition, the result of 0. 6 times wavelength in the experimental image is demonstrated on sub-wave-length photoacoustic imaging through the lens designed in this work.