南京大學(xué)自旋復(fù)用超構(gòu)表面用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可切換相差成像
近日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院徐挺教授課題組發(fā)表了自旋復(fù)用超構(gòu)表面用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可切換相差成像的最新研究成果。相關(guān)工作以“Photonic spin-multiplexing metasurface for switchable spiral phase contrast imaging”為題發(fā)表于《Nano Letters》 。 "J& (:(:
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作為光學(xué)成像系統(tǒng)中最具代表性的兩種工作模式，明場(chǎng)成像和相差成像可以提取物體的不同形態(tài)信息，因而發(fā)展一種小型化、低成本且能在這兩種重要工作模式之間可切換的成像系統(tǒng)對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用非常有吸引力，如生物醫(yī)學(xué)成像、表面缺陷檢測(cè)、人工智能目標(biāo)識(shí)別等。為此，徐挺教授課題組提出并證明了一個(gè)由傅立葉變換裝置以及超構(gòu)表面空間濾波器組成的成像系統(tǒng)可以執(zhí)行二維空間微分操作，從而實(shí)現(xiàn)各向同性的邊緣增強(qiáng)成像。如圖1a所示，該超構(gòu)表面由一組矩形二氧化鈦亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)組成，可在整個(gè)可見光范圍內(nèi)提供兩個(gè)光子自旋依賴且相互獨(dú)立的相位面。通過設(shè)計(jì)和嵌入此超構(gòu)表面空間濾波器于傅立葉變換裝置的焦平面上，該系統(tǒng)僅通過改變?nèi)肷涔獾淖孕龖B(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)明場(chǎng)成像模式和相差成像模式之間的動(dòng)態(tài)切換。 G ]-%AO{K
相差成像的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以很容易地從環(huán)境中檢測(cè)到折射率差異較小的樣品，例如生物細(xì)胞。圖1b分別為480 nm、530 nm、580 nm、和630 nm 波長(zhǎng)的左旋入射光照射下采集的洋蔥表皮細(xì)胞的明場(chǎng)圖像。雖然可以看到細(xì)胞內(nèi)的一些細(xì)胞器，但細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)之間的微小振幅和相位差異使單個(gè)細(xì)胞邊界難以分辨。然而，在右旋入射光的相差成像模式中，情況已經(jīng)完全改變，結(jié)果如圖1c所示。邊緣增強(qiáng)后的相差圖像顯示了更多的細(xì)胞表皮細(xì)節(jié)，使得單細(xì)胞輪廓更容易被識(shí)別，這對(duì)細(xì)胞形態(tài)觀察有很大的幫助。結(jié)合超構(gòu)表面的平面結(jié)構(gòu)、超薄厚度和高像素密度的優(yōu)點(diǎn)，這種方法可能會(huì)在成像和顯微技術(shù)這個(gè)交叉領(lǐng)域開辟新的應(yīng)用場(chǎng)景。 %*jGim~s
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圖1.a 全介質(zhì)超構(gòu)表面空間濾波器; 實(shí)驗(yàn)觀察未染色的洋蔥表皮細(xì)胞：b左旋入射光對(duì)應(yīng)的明場(chǎng)成像；c 右旋入射光對(duì)應(yīng)的相差成像。 ]U[&uymax
南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士生霍鵬程為論文第一作者，徐挺教授為論文通訊作者，工作得到了陸延青教授的精心指導(dǎo)，南京大學(xué)為論文的第一單位，合作單位包括華中科技大學(xué)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院。該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助并得到了固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及江蘇省功能材料設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。 ^s V|ck
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相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00471
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