重大研究计划(350万)：基于超构表面设计的集成显微成像研究
科技
2024-09-28 08:20
英国
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近日，南京大学的研究团队，成功完成了重大研究计划(350万)：基于超构表面设计的集成显微成像研究。随着人们对大信息数据获取需求的不断增长，高分辨/超分辨、大视场、大景深显微成像一直是人们追求的目标，但它受传统光学成像原理的局限很难同时获得。为此，本项目拟开展基于超构表面（metasurface）设计的新型集成显微成像研究，充分发挥超构表面平板、超薄结构特征和色差、像差、偏振、波长等灵活调控的优势，引入微透镜阵列等设计方案，克服传统显微技术中大视场、大景深与高分辨的矛盾，发展基于超构表面/透镜的集成显微成像技术。具体研究内容有：大面积超构表面的宽带消色差设计，超构透镜阵列的变景深成像，超色差透镜的波长复用成像及变焦设计，消像差设计及层析立体成像，基于波导集成的结构光照明成像，基于高像素感光芯片的大视场显微成像等。期望综合相关技术实现视场范围达毫米量级、景深达百微米量级、分辨率达微米/亚微米量级的大范围显微成像，并用于生物细胞、病菌组织的高速观测与大数据分析。本项目基于超构表面（metasurface）及超构透镜（metalens）设计开展了光场多维调控及其成像性能的研究。系统研究了超构透镜的色散调控、相位设计、偏振复用，及其相关的成像性能，如消色差特性，视场与景深等；揭示了多种超构表面光场调控的新规律并提出新的设计方法，展示了超构透镜及其阵列在扩大成像视场范围、视场角、成像景深等方面的优势。取得的重要成果包括：（1）提出了新的超构/平面透镜的消色差方案，实现厘米尺度超宽带的消色差平面衍射透镜；（2）基于超构透镜色散特性，发展了波长调控的光谱变焦和层析成像技术；（3）提出了基于偏振复用超构透镜阵列的宽视场显微成像方法，研制出厘米尺寸的超小型宽视场超构显微镜；（4）基于超构透镜阵列发展扩大成像视场角的方法，成功实现120度视场范围的平面超薄广角相机。特别说明，本项目所实现的超构显微镜打破了传统显微镜在成像视场、景深与分辨率之间的制约，展示了在高分辨、大通量、高效率生物医学诊断上应用潜力。迄今，本项目成员共发表论文43篇，其中包括Nature Communications 3篇，Light: Science & Applications 3篇，Physical Review Letters 2篇，Optica 2篇， Advanced Photonics 3篇，Nano Letters 3篇，Laser & Photonics Reviews 5篇，等。申请中国发明专利6项已授权4项，申请并授权实用新型1项，申请国际专利三项。项目承担人受邀做国际/国内重要学术会议邀请报告超四十次。链接：https://pan.baidu.com/s/1qUK54vAMvUbHI5VjY9qLPQ 提取码：wzgy
