数字全息显微测量技术的发展与最新应用

数字全息显微测量技术是检测显微样本微观结构的重要手段,具有系统简单、非入侵、动态性好等特点,是一种很好地具有应用前景的技术。综述了数字全息显微测量技术的发展,分析并比较了数字全息显微测量技术与其它显微测量技术的特点;归纳并分析了数字全息显微测量技术的典型光路系统及其特点;总结了数字全息显微测量技术的数值再现算法和误差抑制技术;列举了数字全息显微测量技术的最新应用。

用于海洋原位浮游生物探测的同轴数字全息显微技术研究（英文）

本文将数字全息与显微成像技术相结合,设计搭建了一套数字全息显微系统,用于对浮游生物进行光场获取。基于该系统获取的光场信息,通过在不同景深对图像进行再现,既可以获到单一浮游生物的清晰图像,也可以获得一定水体内浮游生物微粒在海水中的三维分布情况。通过实验测得系统分辨率可以达到7.8微米,景深可以达到10毫米,优于一般光学显微镜的技术指标。研究结果表明优势明显的数字全息显微系统是一种适合海洋原位探测的浮游生物研究的有效方法。基于数字同轴显微系统的水下仪器开发将是下一步工作的努力方向。

基于数字显微全息技术的相位光栅结构测量

以相位光栅为实验对象,开展了基于数字显微全息技术的相位物体三维显微结构信息的再现研究.在Mach-Zender透射式实验系统的基础上,分别采用显微物镜和无透镜放大方式,对相位光栅进行放大,以提高系统横向分辨率.在显微物镜放大系统中,菲涅耳近似数值再现算法与双波长技术相结合,抑制主要系统噪音,获得相位光栅的显微结构三维分布.在无透镜放大数字显微全息系统中,分别利用菲涅耳近似法和卷积方法再现原始物波前,并提出相减法消除系统主要球面误差,获得相位光栅的深度信息.实验结果与Veeco干涉仪测试结果比对表明,光栅周期和深度结构与干涉仪测试数据相符.

基于数字全息显微技术的光聚合物折射率测量

提出了一种基于数字全息显微技术(digital holographic microscopy,DHM)的光聚合物折射率测量方法。采用马赫-曾德尔离轴干涉系统记录光聚合物的数字全息图,用混合重建算法提取高精度的相位分布。结合光学轮廓仪测量的光聚合物的形貌分布,通过图像配准得到光聚合物的折射率分布。定量分析了光聚合物在紫外固化过程中的折射率变化,利用DHM获取光聚合物的动态相位分布,进而得到光聚合物的动态折射率分布,绘制了平均折射率随曝光时间的变化曲线。该方法可用于揭示微光学元件的光学性能,以设计高质量微光学系统。

数字显微全息中二次项相位误差的补偿

针对预放大式数字离轴显微全息技术中二次项相位误差,提出一种基于单幅全息再现的补偿方法.该方法是在显微物镜后焦平面处实现该相位误差的数学补偿,相位误差补偿过程具有调整参量单一化的优点.同时,利用显微物镜的后焦平面上物点特征实现了最佳再现距离的自动判断.该文以相位光栅为实验样本,对该方法进行了实验例证,实验结果验证了本文所提出二次项相位误差的补位误差的补偿方法的正确性和有效性.

海洋微型生物碳泵——从微型生物生态过程到碳循环机制效应

微型生物是海洋生态系统中"看不见的主角",在资源环境以及全球变化中扮演着举足轻重的角色.本研究通过方法创新和大量现场调查,从一类特殊微型生物类群——好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)入手,展开了微型生物生态过程与机制的系统研究,修正了国际同行AAPB计数方法的误差,获得了全球海洋AAPB的分布规律,解释了以往现场实测结果的分歧,澄清了以往理论上的偏颇认识;建立了包括不产氧光能利用途径的上层海洋碳循环模型,并通过大量现场实测揭示:细菌光能利用关系到海区碳循环的"源""汇"格局;在这些研究基础上探讨了新的海洋碳循环机制,提出了"微型生物碳泵"理论框架,为全面认识海洋储碳机制、促进学科交叉、研发海洋碳汇奠定了基础.

利用现代技术提升高中生物实验教学效果探究

随着现代技术的飞速发展,其在教育领域的应用已成为提升教学效果的重要途径。本文探讨了现代技术特别是数字显微技术、在线协作平台和仿生学在高中生物实验教学中的应用,旨在提高学生的学习效率和科学素养。通过实例分析,文章展示了互动式多媒体、虚拟实验室和移动学习设备如何增进生物实验教学的互动性和实操性。同时,本文也探讨了翻转课堂、项目式学习及探究式学习法与现代技术结合的案例,并分析了这些方法对提升学生实验设计能力、数据分析技能和科学探究精神的积极影响。文章进一步预测了生物信息学、人工智能等前沿技术在未来生物教学中的应用前景,并提出了面对教育技术发展挑战的策略与建议。结论部分总结了现代技术在生物实验教学中的重要性,并对教师和教育工作者提出了具体的实施建议。

从微型生物功能类群研究到海洋储碳机制的新认识——方法创新带动科学发现的一个典型案例

海洋微型生物是海洋生物地球化学循环的主要驱动者,也是海洋能量代谢的主要参与者,在海洋生态系统中发挥着举足轻重的作用.好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)是海洋中一类重要的功能类群,在海洋中广泛分布,它们可以利用光能补充自身的能量代谢,在海洋碳循环中发挥着重要而特殊的作用.在21世纪初,由于微型生物显微荧光定量方法的弊端,人们对于AAPB分布规律的认识存在着一定的偏差."时间序列红外荧光显微数字化方法"(TIREM)的建立,修正了AAPB定量偏差,揭示了海洋中AAPB分布的真正规律.之后,对AAPB生态分布调控因素的进一步研究表明:相对于光照,溶解有机碳(DOC)对AAPB绝对丰度和相对丰度的影响更重要.此认识推翻了"AAPB通过利用光能就可以赢得与普通异养细菌竞争"这一"想当然"的理论推测.而对AAPB碳源利用特点的研究表明,此功能类群具有重要的碳分馏作用,即AAPB在碳代谢过程中,部分碳源并非简单的沿着传统生物泵方向传递.在此基础上的海洋微型生物与DOC相互作用关系研究,最终导致海洋储碳新机制—微型生物碳泵(MCP)的提出,它解释了海洋中巨大溶解有机碳库存在的原因和机制,实现了海洋储碳机制理论上的新突破.