全息光学的发展和应用

Volume Holographic Optical Storage Volume Holographic Optical Computing Volume Holographic 3D Display
Hao Zhang
Tian Zhao Chengmingyue Li
Yao Yi
Tianxiang Zheng
Yan Zhao
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Jingming Li
Ting Li
Jinqiu Liu
Zheng Wang
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提纲

信息技术

信息光学漫谈 全息技术概述 全息三维显示技术 全息数字存储技术 全息图像处理技术 总结
信息技术指主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的 总称。 信息技术主要包括：


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光学显微成像分辨率仍然是目前科学研究的一个热点，值 得大家去研究和探讨。
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STORM 技术

当前杰出的华人科学家

Optical microscopy is one of the most widely used imaging methods in biomedical research. Several advantages make light microscopy a particularly powerful tool for cell, tissue and animal imaging. These include the exquisite molecular specificity, the relatively fast time resolution and the non-invasive imaging nature. However, the spatial resolution of far-field optical microscopy, classically limited by the diffraction of light to a few hundred nanometers, is substantially larger than typical molecular length scales in cells. This limit leaves many biological problems beyond the reach of light microscopy. To overcome this limit, we have developed a new form of super- resolution light microscopy, stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). STORM uses photo-switchable fluorescent probes to temporally separate the otherwise spatially overlapping images of individual molecules, allowing the construction of high-resolution images. Using this concept, we have achieved three-dimensional, multicolor fluorescence imaging of molecular complexes, cells, and tissues with ~10-20 nm resolutions.
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K. Xu, G. Zhong, X. Zhuang, "Actin, spectrin and associated proteins form a periodic cytoskeleton structure in axons", Science 339, 452-456 (2013) J. Vaughan, S. Jia, X. Zhuang, "Ultra-bright Photoactivatable Fluorophores Created by Reductive Caging", Nature Methods 9, 1181-1184 (2012) S-H. Shim, C. Xia, G. Zhong, H.P. Babcock, J.C. Vaughan, B. Huang, X. Wang, C. Xu, G-Q. Bi, X. Zhuang "Super-resolution Fluorescence Imaging of Organelles in Live Cells with Photoswitchable Membrane Probes", Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 13978-13983 (2012) W. Wang, G. Li, C. Chen, X. Xie, X. Zhuang, "Chromosome Organization by a Nucleoid Associated Protein", Science 333, 1445-1449 (2011) B. Huang, H. Babcock, X. Zhuang, "Breaking the diffraction barrier: Super-resolution imaging of cells", Cell 143, 1047-1058 (2010) B. Huang, W. Wang, M. Bates, X. Zhuang, "Three-dimensional Super-resolution Imaging by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy", Science 319, 810-813 (2008) M. Bates, B. Huang, G. T. Dempsey, X. Zhuang, "Multicolor Super-Resolution Imaging with PhotoSwitchable Fluorescent Probes", Science 317, 1749-1753 (2007) M. J. Rust, M. Bates, X. Zhuang, "Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM)", Nature Methods 3, 793-795 (2006)

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Nature 498, 82-86 (2013).
提高扫描显微镜的分辨率

光学诺贝尔奖（2）
英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士于1966年发表 了一篇论文，提出利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为 光通信介质。 1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的 低损耗石英光纤。由于光纤和半导体激光器的技术进步， 使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。 光学技术替代电子技术实现了长距离宽带数据传输,充分 发挥了光子学的并行特征。 高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。
Hololab at Tsinghua
光电技术前沿系列讲座

Prof. Guofan Jin (金国藩) Prof. Qingsheng He (何庆声) Dr. Liangcai Cao (曹良才)
全息技术的发展和应用
Developments and Applications of Holography
信息采集（照相机、摄像机等图像传感器） 信息传输（光纤通讯、空间光传输等） 信息显示（液晶显示LCD、3D显示等） 信息存储（光盘、多维光存储等） 信息处理（光计算、硅基光子芯片等） 日趋成熟 方兴未艾 萌芽阶段


信息光学是光学技术和信息技术的结合，光学技术对信息 的采集、存储、传输、处理和显示非常重要，而同时利用 信息技术可以大力推动光学技术的发展与变革。 以诺贝尔奖为例。

曹良才
Cao, Liangcai
清华大学精密仪器系 清华大学光电工程研究所 精密测试技术及仪器国家重点实验室
2013年6月17日 北京
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Hololab’s mission

Research Group Members

Holographic technology

1 Post Doctorate, 5 Ph. D candidates, 4 master students







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当前杰出的华人科学家

提高显微镜的分辨率

http://www.biophot.caltech.edu/people/yang.html
中科院西安光机所的一篇《Nature》子刊 2013年1月23日出版的《Nature》子刊Scientific Reports 刊登了我所瞬态光学与光子技术国家重点实验室姚保利研 究组题为“DMD-based LED-illumination Superresolution and optical sectioning microscopy”的研究论文， 成为我所历史上首篇在《Nature》系列刊物上发表的论文。 首次提出并实现了基于数字微镜器件（DMD）和LED照明 的结构光照明的显微技术SIM。该技术与激光干涉照明 SIM技术相比，具有更高的空间分辨率，更快的成像速度 和更好的图像质量，而且大大降低了装置的复杂性和成本。 经标定，系统的横向分辨率达到了90nm，这也是目前国 际上同类技术的最好水平！

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诺贝尔奖（1）

当前杰出的华人科学家

为了提高显微镜的观察能力，1935年泽尼克(Zernike)发明 了相衬显微术并且第一次成功地观察到微小的相位物体－ 细菌，极大地推动了光学信息处理技术的发展。 1953年泽尼克获得了诺贝尔物理学奖。
http://zhuang.harvard.edu/



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Βιβλιοθήκη Baidu
Nature 498, 82-86 (2013).
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光纤通信技术
光通讯的带宽扩展至1Terabit
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Nature Photonics 6, 488-496 (2012).
光通讯领域的新秀

提纲
信息光学概述 全息技术概述 全息三维显示技术 全息数字存储技术 全息图像处理技术 总结
Chip-scale microscopy imaging and Time-reversal based optical imaging

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提高显微镜的分辨率

提高扫描显微镜的分辨率
中科大的一篇《Nature》 中国科学技术大学侯建国院士领衔的单分子科学团队的董 振超研究小组，在高分辨化学识别与成像领域取得重大突 破，在国际上首次实现了亚纳米分辨的单分子光学拉曼成 像。 这项研究结果突破了光学成像手段中衍射极限的瓶颈，将 具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到一个纳米以下， 对了解微观世界，特别是微观催化反应机制、分子纳米器 件的微观构造，以及包括DNA测序在内的高分辨生物分子 成像，具有极其重要的科学意义和实用价值，也为研究单 分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。

信息的处理 （CPU） 信息的记录 （硬盘、光盘、U盘） 信息的传输 （数据线） 信息的显示（显示器）
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光信息科学与技术

光学在信息技术中的应用

光信息科学与技术是研究光子的产生、传输、控制、探测、 存储与处理的科学。 是继微电子技术之后，近几年发展迅速的一门新兴技术。 光子和电子相比，具有信息承载能力强，传输速率高等突 出优点。光子作为信息载体和能量载体的优越性引起了光 学领域的深刻变化，促进了高等教育中相关专业的改革和 发展。 2000年全国设置“光信息科学与技术”专业的高校仅有 14所，现在已经有约100所高校。