多维度光场调控与超极限光学成像
光场调控及应用中心
光场调控及应用中心光场调控及应用中心是一个涉及光场调控技术研究和应用开发的机构。
光场调控是指通过对光场的调控，实现对光波传播和光波干涉效应的控制，从而实现对光信号的精确处理和控制。
光场调控技术是光学领域的一项重要技术，具有广泛的应用前景和潜力。
光场调控技术可以应用于多个领域，包括光学显微镜、成像显示、计算光学、激光技术、光通信、光传感等。
在光学显微镜中，通过光场调控可以实现超分辨成像，提高显微镜的分辨率。
在成像显示中，光场调控可以实现全息成像，使得显示画面更加真实逼真。
在计算光学中，光场调控可以实现光学信号的计算处理，提高信号处理速度和精度。
在激光技术中，光场调控可以实现激光束的形状控制和定向射束。
在光通信和光传感中，光场调控可以实现光信号的传输和检测，提高通信和传感的性能。
光场调控及应用中心致力于光场调控技术的研究和应用开发。
中心拥有一支专业的技术团队，包括光学、光电子、计算机等多个领域的专家和研究人员。
中心配备了先进的实验设备和实验室，能够满足光场调控技术研究和应用开发的需求。
中心与多个企业和研究机构建立了合作关系，共同进行光场调控技术的研究和应用。
光场调控及应用中心的主要研究方向包括光场调控算法研究、光场调控器件开发和光场调控系统集成。
在光场调控算法研究方面，中心关注在不同领域中光场调控技术的应用需求，开展相关的算法研究和优化。
在光场调控器件开发方面，中心开展光场调控器件的设计、制备和性能测试，以满足不同应用领域对光场调控器件的需求。
在光场调控系统集成方面，中心将光场调控算法和器件进行集成，构建完整的光场调控系统，并进行性能测试和应用验证。
中心的研究和应用开发成果得到了国内外学术界和工业界的广泛认可。
中心与多个国内外知名企业合作，共同开展光场调控技术的应用开发和市场推广。
在光学显微镜领域，中心研发出了一种基于光场调控技术的超分辨显微镜，取得了很好的成果，并成功应用于生物医学领域。
在计算光学领域，中心研发出了一种基于光场调控技术的光学信号处理器，实现了光学信号的高速处理和计算。
(完整版)光场调控
项目名称: 光场调控及与微结构相互作用研究首席科学家: 王慧田南开大学起止年限： 2012.1至2016.8依托部门: 教育部天津市科委一、关键科学问题及研究内容拟解决的关键科学问题:针对前沿科学问题、关键技术以及国家重大需求，以现有工作积累为基础，集中有限目标、深入开展具有重大科学意义和原始创新的工作。
目前，开展激光与相关应用研究，所用激光绝大多数为具有均匀偏振态分布的标量光场.本项目集中深入开展空间结构光场相关研究，不仅具有重大科学意义,而且有望为下一代信息技术的发展提供一条新途径,具有前瞻性和迫切性。
光场调控、光场与微结构相互作用以及与电子态耦合的调控，以及在超分辨成像等方面应用的探索是密不可分的一个整体。
本项目拟解决的关键科学问题如下:关键科学问题1：空间结构光场的基本问题;光场调控的新原理和新技术光场空域调控涉及偏振态、位相和振幅以及多参量联合调控。
尤其是偏振态调控自由度的引入以及新颖动量和角动量的出现,使得空间结构光场具有许多新颖性质。
揭示空间结构光场的时空演化规律，发展描述空间结构光场的理论框架.在此基础上,打破单一参量调控的局限，提出多参量联合调控的新原理和新技术.关键科学问题2：空间结构光场的焦场工程；不同空间尺度光场与微结构相互作用机理具有不同空间尺度和新颖特性的焦场设计与控制，主要针对纵向场增强、新颖动量和角动量;具有新颖角动量聚焦场的力学效应及其在微操纵中的应用。
新型光场与物质非线性相互作用的全矢量耦合波理论，尤其关注空间结构光场的时间反演问题.新颖动量和角动量以及纵向场对空间结构光场与微结构材料相互作用的影响.偏振态和位相的空间结构与微结构材料的空间结构相互作用与耦合问题.关键科学问题3：具有新颖动量和角动量的光场与微结构中电子态耦合；空间关联光量子态具有新颖动量和角动量的光场与微结构中电子态耦合的机理,及其动量和角动量守恒等基本物理问题；空间结构光场所具有的新颖偏振态分布特性、新颖角动量和强纵向场，对激发/辐射过程的控制；空间结构光场与微结构相互作用所致的空间关联光量子效应的基本物理问题；空间关联光量子态与微结构材料空间结构的相互作用机理.关键科学问题4：极小空间尺度光场产生的原理与表征技术；极小空间尺度光场与电子态耦合远场极小空间尺度光场生成的新原理与新技术、物理描述、表征技术以及实验构建（包括偏振态、位相与振幅空间分布）。
超材料与负折射材料的研究与应用
超材料与负折射材料的研究与应用近年来，超材料和负折射材料的研究与应用在光学领域取得了重大的突破与进展。
它们的出现不仅深刻地影响了光学设计的理论基础，也为光学元件的开发和应用提供了无限可能。
一、超材料的研究与应用超材料是一种人工构造的材料，其具有非常特殊的光学性质。
超材料的结构特点是由微观结构单元组成，这些单元的尺寸远小于照射波长。
超材料的出现使得我们可以自由地调控电磁波的行为，例如对光的折射率和色散关系进行精确设计。
这种能力为我们打开了设计和制造优化光学器件的新途径。
1.1 超材料的原理和分类超材料的原理基于人工构造的亚波长级别的等效介质。
通过精确设计结构的尺度和形状，我们可以有效地改变电磁波在超材料中的传播行为。
根据其结构和工作原理的不同，超材料可以分为负折射材料、超透镜、颜色滤波器等多个分类。
1.2 超材料在光学领域的应用超材料在光学领域的应用非常广泛。
其中，超透镜是一种利用超材料的特殊性质实现超分辨成像的设备。
与传统光学系统相比，超透镜的分辨率更高，可以突破传统光学系统的衍射极限。
此外，超材料还可以应用于红外光学、光场调控等方面，为实现更高效的光学效果提供了新的可能性。
二、负折射材料的研究与应用负折射材料是指其折射率为负值的材料。
与常规材料相比，负折射材料具有独特的光学性质。
通过合理设计负折射材料的结构，可以实现逆向传播的光线，即折射方向与入射方向相反。
这为我们提供了控制光的传播方向和聚焦能力的新思路。
2.1 负折射材料的特性负折射材料的特性体现在其折射率小于零的范围内。
负折射材料的出现打破了折射定律的限制，为光学设计和信息传输提供了全新的可能性。
通过利用负折射材料，我们可以实现超分辨成像、聚焦微观物体和超导波等重要应用。
2.2 负折射材料的应用负折射材料在光学通信、光医学和光子集成等领域有着广泛的应用前景。
例如，负折射材料可以用于实现超高分辨率的显微镜，其成像分辨率远超过传统显微镜的极限，可以观察到更小尺寸的微观结构。
STED超分辨成像技术
STED超分辨成像技术超分辨光学成像超分辨光学成像特指分辨率打破了光学显微镜分辨率极限（200nm）的显微镜，技术原理主要有受激发射损耗显微镜技术和光激活定位显微镜技术。
简介光学显微镜凭借其⾮接触、⽆损伤等优点，长期以来是⽣物医学研究的重要⼯具。
但是，⾃1873年以来，⼈们⼀直认为，光学显微镜的分辨率极限约为200 nm，⽆法⽤于清晰观察尺⼨在200 nm以内的⽣物结构。
超分辨光学成像(Super-resolution Optical Microscopy)是本世纪光学显微成像领域最重⼤的突破，打破了光学显微镜的分辨率极限（换⾔之，超越了光学显微镜的分辨率极限，故被称为超分辨光学成像），为⽣命科学研究提供了前所未有的⼯具。
光学显微镜的分辨率1873年，德国物理学家恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)提出，光学显微镜受限于光的衍射效应和光学系统的有限孔径，存在分辨率极限（也称阿贝极限），其数值约为l / 2NA（分辨率极限公式），其中l是光波波长，NA是光学系统的数值孔径（Numerical Aperture）。
, n为介质的折射率，a为物镜孔径⾓的⼀半。
成像时若使⽤波长为400 nm的光，并采⽤空⽓（折射率为1）作为物镜和样本之间的介质，可计算得到分辨率极限为200 nm。
因此，我们通常说，光学显微镜的分辨率极限约为200 nm。
此后的研究表明，光学显微镜的分辨率决定于光学系统中聚焦光斑（称为艾⾥斑, Airy disc）的尺⼨。
另外，当⼀个艾⾥斑的边缘与另⼀个艾⾥斑的中⼼正好重合时，此时对应的两个物点刚好能被⼈眼或光学仪器所分辨（这个判据称为瑞利判据，Rayleigh Criterion）。
利⽤瑞利判据以及艾⾥斑的数学表达式，我们可以得到光学显微镜的分辨率公式：0.61λ/NA。
值得指出的是，光学显微镜的分辨率公式跟前⾯提到的分辨率极限公式有所不同，⽽前者更⼴泛的被光学成像领域使⽤。
2017年度广东省科学技术奖项目公示
2017年度广东省科学技术奖项目公示项目名称超极限光学成像的光场调控与光传输优化主要完成单位中山大学主要完成人（职称、完成单位、工作单位）1.周建英（职称：教授，工作单位：中山大学，完成单位：中山大学），主要贡献：第1发现点：系统性地提出了开展超极限光学成像的光场调控研究，第2发现点：提出了光场调控用于先进光学成像的研究，第3发现点：提出了调控光场进行光传输优化的研究。
为项目开展提供主要的科研条件，指导研究生开展平台建设和系统研究工作，主导和促进项目的国际交流。
主持两项国家自然科学基金重点项目以及国家重点研究计划子项目。
作为代表性论文1、2、3、4、5、10的通信作者，参与了主要论文的撰写、修改与定稿。
2.谢向生（职称：副教授，工作单位：汕头大学，完成单位：中山大学），主要贡献：第1发现点：具体开展矢量光场调控技术及其超分辨应用的平台搭建和研究工作：设计了紧聚焦光场的三维测量装置；搭建极小空间光场的生产装置；推导出矢量光场的多参量调控共聚焦成像理论并实现超分辨光学成像实验。
第2发现点：为先进光学成像技术设计特殊的空间光调制器件。
为代表性论文1的第一作者，代表性论文4的通信作者，代表性论文3和5的主要作者。
主持国家自然科学基金面上项目，为国家重点研究计划“光场调控及与微结构相互作用研究”骨干成员。
3.刘忆琨（职称：副教授，工作单位：中山大学，完成单位：中山大学），主要贡献：第3发现点：设计并制备了色散控制波导阵列，并开展相应的理论和测试工作，参与设计了准无序光子晶格；第2发现点：参与制备和测试了折射率虚部光子晶体，通过控制光场的相位分布实现了带缺陷的干涉光场。
为第3代表性论文的第一作者，第2、5、7代表性论文的主要作者。
主持国家自然科学基金青年基金项目。
4.李俊韬（职称：副教授，工作单位：中山大学，完成单位：中山大学），主要贡献：第2、3发现点中的贡献中利用电子束直写、全息光刻等方法设计制备了虚部光子晶体，光子晶体波导以及准随机等平板微纳结构，用于光场在空间分布、传播方向和传输速度等方面的调控。
光学结构化光场的研究
光学结构化光场的研究光学结构化光场，是指具有特定形态和分布特征的光场。
这种光场的研究在物理学和工程学领域中具有广泛的应用，其优点为光学器件设计提供了更灵活、更高效、更精确的处理手段。
本文将介绍光学结构化光场的研究进展及其应用前景。
一、光学结构化光场的物理特性在光学结构化光场的研究中，最为常见的是光学相位对光的控制。
相位控制和光干涉装置相结合，可以产生各种结构化光场，如光束阵列、光学难题、超分辨、非线性光学效应等。
在实际应用中，结构化光场具有许多有用的性质。
例如，积分相位控制可实现超分辨度成像。
其具有远远超过瑞利极限的成像分辨率，对生物医学成像、检测技术、光存储以及芯片制造等领域有着重要的应用价值。
另外，智能光网中，光束成型技术可实现大容量、高速传输。
二、光学结构化光场的应用研究1.超分辨成像超分辨成像技术是研究领域中的一项热门技术，它对许多领域具有难以忽视的重要作用，例如计算机芯片制造、分子成像、生物医学成像等领域。
现有的超分辨成像技术中，结构化光场技术是其中重要的一种。
利用结构化光场技术可以实现通过物理控制光束的分布，来使得被成像物的细节得到更好的捕捉。
尤其是在物体边缘存在高频成分的情况下，普通成像技术很难发挥出作用。
而利用超分辨技术可以有效地优化成像效果。
2.光通信光通信技术是众多技术领域中的一种重要的集成技术。
而在光通信技术中，光束成型技术的应用更是成为了一项必不可少的技术。
光束成型技术利用多种光学成像的方法，通过物理控制光束的分布，来实现多光束发送等操作，使得在光通信中，数据的传输效率更加高效。
3.光学制造在光学制造领域中，结构化光场技术可用于制造微纳光学元器件及集成光学电路板。
光学制造领域的技术革新对于推广信息社会的发展具有极其重要的意义，虽然目前光学制造技术的成本较高，但是随着技术的不断提升，其应用前景必然会越来越广泛。
结语综上所述，光学结构化光场的研究与应用对现代工程技术、物理学等研究领域具有重要的意义，其应用前景十分广泛。
简述计算光学成像的定义与分类
简述计算光学成像的定义与分类.1.计算光学成像的定义.光电成像的本质是光场信息的获取与解译，这里的光场是指光的强度、偏振、光谱、相位等物理量在空间中的分布。
传统光电成像是建立在几何光学的基础上，光场信息的获取是记录了二维的空间面上光强度分布，与人眼视觉相似，所见即所得，一般没有光场解译的过程。
计算光学成像是下一代光电成像技术，是光电成像技术在信息时代发展的必然。
计算光学成像在传统几何光学的基础上，有机融入了物理光学的信息，如偏振、相位、轨道角动量等物理量，以信息传递为准则，多维度获取光场信息，并结合数学和信号处理知识，深度挖掘光场信息，通过物理过程解译获取更高维度的信息。
“计算”可以理解为“编解码”（Coding/Decoding），光学的编码有很多种方式：孔径编码、波前编码、探测器编码等等，所以，计算光学成像可以理解为信息编码的光学成像方法。
几何光学存在的物理限制，在测距、视觉测量等方面受限因素颇多，一般能达到的精度为10-2至10-3数量级，难以实现10-5到10-6这样数量级精度的跨越。
如果能将物理光学引入到成像模型中，通过信息编码/解译获得超越几何光学成像的极限，这便是计算成像。
光学成像朝着“更高、更远、更广、更小、更强”发展，即更高的分辨率、更远的作用距离、更广的视场、更小的光学成像体系、更强的环境适应性。
.2.光学计算成像的分类.维基百科对计算成像的描述是：凡是在成像过程中引入计算的都属于计算成像，从这个描述可以看出，几乎所有的光电成像都可以纳入到计算成像的范畴，甚至图像处理在广义上也可以认为是计算成像。
2.1链路标准体系根据技术实现所依靠的主要环节不同，计算成像技术可由成像链路自然地分为计算光源型、计算介质型、计算光学系统型、计算探测器型以及计算处理型。
依照此种体系分类下，各成像链路中单一环节可实现特定的计算成像，同时也可多环节协同实现某特定性能的任务目标。
2.2功能目的标准体系根据计算成像技术具体实现功能进行分类，主要分为基础理论和应用技术两大类。
基于声子极化激元的中远红外光场调控
基于声子极化激元的中远红外光场调控基于声子极化激元的中远红外光场调控是一种利用物
质内部集体激发模式——声子极化激元来操纵和控制中远
红外波段光场传播、聚焦、增强以及相互作用的技术手段。
声子极化激元是由电磁场与物质晶格相互作用产生的
准粒子，其能量处在红外至太赫兹频段，主要表现为局域化的电磁场增强效应。
在纳米尺度下，金属或半导体纳米结构（如金属颗粒、超材料结构、二维材料等）能够支持声子极化激元，实现对中远红外光场的高度局部化和增强。
通过设计和优化这些纳米结构，科学家们可以在中远红外波段实现以下功能：
1. 光场的高效捕获和增强：利用声子极化激元的局域场增强效应，可以将光场集中在一个非常小的空间区域内，提高探测器的灵敏度或驱动化学反应。
2. 超分辨率成像：突破衍射极限，实现纳米级别的超高分辨光学成像。
3. 光谱调控：改变材料的光学响应特性，实现特定波长的选择性吸收、反射和透射。
4. 光通信与传感：利用声子极化激元对光场的调控能力，发展新型的光通信器件和传感器件。
因此，基于声子极化激元的中远红外光场调控技术在纳米光子学、超分辨率成像、光电子学、分子检测等领域具有广阔的应用前景。
相空间,光场,与计算光学成像
相空间,光场,与计算光学成像英文回答：Phase space, optical field, and computational optical imaging are all concepts in the field of optics that are used to describe and analyze the behavior of light and its interactions with various systems. Let me explain each of these concepts in more detail.Phase space is a mathematical concept that is used to describe the state of a physical system. In optics, phase space refers to the space in which the position and momentum of a light wave are represented. It is a four-dimensional space, with two dimensions representing the position of the wave and the other two dimensions representing the momentum of the wave. The position and momentum of the wave are related by the uncertainty principle, which states that the more precisely we know the position of the wave, the less precisely we can know its momentum, and vice versa.The optical field refers to the distribution of light intensity and phase in space. It is a fundamental conceptin optics that is used to describe the behavior of light waves. The optical field can be described by a complex-valued function, known as the electric field, which represents the amplitude and phase of the light wave ateach point in space. The optical field can be manipulated and controlled using various optical components, such as lenses, mirrors, and wave plates, to achieve desiredoptical functionalities, such as focusing, imaging, and polarization manipulation.Computational optical imaging is a branch of opticsthat combines optical systems with computational algorithms to enhance and improve the imaging capabilities of optical systems. It involves the use of digital image processing techniques to extract useful information from optical images. For example, in traditional optical imaging systems, the resolution of the image is limited by the diffractionof light. However, by using computational algorithms, it is possible to overcome the diffraction limit and achievesuper-resolution imaging. Another example is the use of computational algorithms to correct for aberrations in optical systems, which can improve the image quality and sharpness.中文回答：相空间、光场和计算光学成像都是光学领域中用来描述和分析光的行为及其与不同系统的相互作用的概念。
跨尺度矢量光场时空调控验证装置概算
跨尺度矢量光场时空调控验证装置概算1. 简介跨尺度矢量光场时空调控验证装置是一种用于验证光场在时间和空间上的调控能力的设备。
它能够实现对光波在不同时间和空间尺度上的精确控制，以验证新型光学器件或技术在实际应用中的性能和可行性。
2. 设备原理该装置主要基于矢量光学原理，通过对光波进行相位和幅度的调控，实现对光波在时间和空间上的精确控制。
它包括以下几个关键组件：2.1 光源系统光源系统是该装置的核心部分，用于提供稳定、高亮度、宽谱范围的光源。
可以选择合适的激光器或白光源作为光源，并根据实验需求进行定制。
2.2 空间调制器件空间调制器件主要用于对入射光波进行空间上的调制，可以采用液晶空间光调制器（LC-SLM）、微镜阵列（DMD）等设备。
这些设备能够根据输入的控制信号，改变光波的相位和幅度分布，实现对光波的空间调控。
2.3 时间调制器件时间调制器件主要用于对入射光波进行时间上的调制，可以采用可调谐脉冲压缩器、电光调制器等设备。
这些设备能够根据输入的控制信号，改变光波的时间延迟和脉冲形状，实现对光波的时间调控。
2.4 光学检测系统光学检测系统用于对经过空间和时间调制后的光波进行测量和分析。
可以选择合适的检测器、成像系统等设备，并根据实验需求进行定制。
3. 概算预算根据以上设备原理和所需组件，初步估计跨尺度矢量光场时空调控验证装置的概算预算如下：部件数量单价（人民币）总价（人民币）光源系统 1 100,000 100,000空间调制器件 1 50,000 50,000时间调制器件 1 50,000 50,000部件数量单价（人民币）总价（人民币）光学检测系统 1 80,000 80,000辅助设备和材料- 20,000 20,000总计- - 300,000注：以上价格仅为初步估算，实际预算可能会有所变动，具体价格取决于所选设备的品牌、型号和功能要求。
4. 应用领域跨尺度矢量光场时空调控验证装置在以下领域具有广泛的应用前景：4.1 光学通信通过对光波进行时空调控，可以提高光纤通信中的传输带宽和容量。
光学成像系统的频率特性(精)
正薄透镜的成像
• 物面上 ( x0 , y0 ) 点的单位脉冲在透镜前表面上的光场分布为 （近轴光线）
Ul 1 jk jk x y exp[ .( x0 2 y0 2 )].exp[ .( x 2 y 2 )].exp[ jk ( x0 y0 )] j d 0 2d0 2d0 d0 d0
3.2 透镜的傅里叶变换性质
物在透镜后
1 jk U ( x, y ) exp[ jk (q d 0 )]exp[ ( x 2 y 2 )] j (q d 0 ) 2(q d 0 ) 1 t ( x0 , y0 ).exp[ jk ( xx0 yy0 )]dx0 dy0 (q d 0 ) jk C exp[ ( x 2 y 2 )].F{t ( x0 , y0 )} 2(q d 0 ) f x x / (q d 0 ), f y y / (q d 0 )
x f
fx q f d0 fd0 x f
准 傅 里 叶 变 换
d0处
2 q f d0
k 2f
k 2q
k f d0
x fd
0
2
y2
紧靠透镜
p
后焦面
q pf p f
x
x
2
y2
y
2
d0 =0
物在透镜前
f d0 jk U ( x, y ) C exp[ . ( x 2 y 2 )]. 2 q( f d 0 ) fd 0 f t ( x0 , y0 ).exp[ jk ( xx0 yy0 )]dx0 dy0 q( f d 0 ) fd 0 f d0 jk =C exp[ . ( x 2 y 2 )] F{t ( x0 , y0 )} 2 q( f d 0 ) fd 0 f x f y fx , fy [q( f d 0 ) fd 0 ] [q( f d 0 ) fd 0 ]
超临界透镜的超衍射极限光场调控研究进展(特邀)
超临界透镜的超衍射极限光场调控研究进展(特邀)
郑怡茵;秦飞(指导);李向平
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2022(51)5
【摘要】与传统体材料光学透镜相比,平面衍射透镜具有加工制备容易、体积轻薄、便于集成等显著优势。
同时,基于衍射效应的光学聚焦机制也为实现灵活的光场调
控提供了便利。
近年来,在光学超振荡理论的指引下,基于平面透镜的远场超衍射极
限光场调控及其应用得到人们的广泛关注。
超临界透镜在实现超衍射极限聚焦的同时能有效控制聚焦旁瓣和焦深,成为平面超衍射透镜的重要研究方向之一。
本文总
结了平面超临界透镜近年来的研究进展,简要概述了超临界透镜的原理和设计方法,
对构建超临界透镜的几种光场调控类型及其应用进行了介绍,最后对该领域的未来
发展作了展望。
【总页数】13页(P166-178)
【作者】郑怡茵;秦飞(指导);李向平
【作者单位】暨南大学光子技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TB39
【相关文献】
1.从超振荡透镜到超临界透镜:超越衍射极限的光场调制
2.平面超透镜的远场超衍
射极限聚焦和成像研究进展3.基于光场的超快相干电子源产生及调控研究进展(特
邀)4.宽频近零等效介电常数超材料及其在光场调控中的应用(特邀)5.时空光场调控以及时空光涡旋波包的研究进展(特邀)
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
光的传播特性如何优化光学成像系统？
光的传播特性如何优化光学成像系统？在我们的日常生活和科学研究中，光学成像系统扮演着至关重要的角色。
从我们日常使用的手机摄像头到医学领域的显微镜、天文观测中的望远镜，光学成像系统帮助我们捕捉和记录视觉信息。
而要提高这些成像系统的性能和质量，深入理解光的传播特性是关键。
光，作为一种电磁波，具有独特的传播特性。
其中，直线传播是最为基本的特性之一。
在均匀介质中，光总是沿着直线前进。
这一特性为光学成像系统中的光路设计提供了基础。
例如，在简单的凸透镜成像系统中，我们正是利用光的直线传播来确定物体的像的位置和大小。
通过精确控制透镜的形状和位置，使得来自物体的光线能够按照特定的路径汇聚或发散，从而形成清晰的像。
光的折射和反射特性也是优化光学成像系统的重要因素。
当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，其折射角度与两种介质的折射率有关。
在光学系统中，我们常常利用不同折射率的材料来制造透镜和棱镜，以实现对光线的聚焦、分光等操作。
例如，在显微镜中，通过多个透镜的组合以及合理的折射率搭配，可以将微小的物体放大并清晰成像。
反射现象则在反射式望远镜和一些光学仪器的光路调整中发挥着重要作用。
通过精心设计反射面的形状和涂层，能够提高光线的反射效率，增强成像的亮度和清晰度。
光的波动性也为光学成像系统的优化带来了新的思路。
光的波动性表现为干涉和衍射现象。
干涉现象可以用于制造高精度的光学测量仪器，如干涉仪。
通过测量光的干涉条纹的变化，可以精确地测量物体的微小位移、形状等参数。
衍射现象则在限制光学成像系统的分辨率方面起着重要作用。
由于光的衍射，当物体的细节尺寸接近或小于光的波长时，成像会变得模糊。
为了克服衍射极限，科学家们发展了各种超分辨成像技术，如近场光学成像、受激发射损耗显微镜等。
这些技术通过巧妙地利用光与物质的相互作用以及特殊的光学结构，突破了传统光学成像的分辨率限制。
光的偏振特性在某些特殊的光学成像系统中也具有重要应用。
光场调控及其光学成像应用研究
光场成像对光场调控的反馈作用
01
提供实时反馈
通过光场成像可以实时获取光场 的分布情况，为进一步的光场调 控提供反馈和指导。
02
优化调控策略
根据光场成像的结果，可以评估 调控策略的有效性和不足之处， 进而优化调控策略。
03
促进光场调控技术 的发展
通过光场成像的反馈作用，有助 于推动光场调控技术的不断发展 和完善。
光场调控的原理
• 光场调控的原理基于几何光学和波动光学的基本原理。通 过改变光的波前形状和相位分布，光场调控可以实现对光 束的聚焦、散焦、偏转、扫描等功能。此外，光场调控还 可以结合数字微镜器件（DMD）等微纳光学器件实现高 精度、高稳定性的光束操控。
光场调控的方法
光场调控的方法包括但不限于以下几种
光学与信息处理
总结词
光场调控技术在光学和信息处理领域具有重要应用价值，能够实现对光场的精确控制和信息处理，提 高光学系统的性能和信息处理的效率。
详细描述
在光学和信息处理领域，光场调控技术可以用于实现更高效、更精确的光学信息处理和传输。例如， 通过光场调控技术可以实现对光场的精确控制和调制，提高光学通信和光学计算的性能和效率。此外 ，光场调控技术也可以用于改进现有的光学系统和信息处理算法，提高其性能和效率。
04
光场调控与光场成像的关 系
光场调控对光场成像的影响
提高成像分辨率
通过调控光场的分布，可以改善成像的分辨率， 使得图像更加清晰和细致。
增强对比度
通过合理调控光场，可以增强图像的对比度，有 助于凸显图像中的不同区域和细节。
实现多焦点成像
通过多焦点光场调控，可以实现同一场景的多焦 点成像，从而获得更全面的图像信息。
05
2020年中国光学基础研究十大进展
2020年中国光学基础研究⼗⼤进展来源：⽹络信息综合1.基于超构透镜阵列的⾼维量⼦纠缠光源由南京⼤学祝世宁(院⼠)、王振林(教授)、张利剑(教授)和王漱明(副教授)团队、⾹港理⼯⼤学蔡定平(教授)团队、中国科学技术⼤学任希锋(副教授)团队和华东师范⼤学李林研究员组成的联合团队，通过结合超构透镜阵列与⾮线性晶体光效应的物理过程，成功制备出了⾼维路径纠缠光源和多光⼦光源。
他们的研究报告“基于超构透镜阵列的⾼维纠缠和多光⼦量⼦光源”于2020年6⽉26⽇发表在《科学》（Science）杂志上。
随着光量⼦信息技术的发展，基于⾮线性光学过程的纠缠量⼦光源在维度扩展以及光⼦数增加⽅⾯所⾯临的光学系统复杂、可集成度低、稳定性弱等问题，制约着光量⼦信息处理的⼤规模集成。
⼀种称为“超构表⾯”的微结构薄膜材料为量⼦光源及光量⼦信息技术的发展提供了⼀条新路径。
科研团队将超构透镜与⾮线性光学晶体（β相偏硼酸钡晶体，简称BBO晶体）组合在⼀起，构成全新的超构表⾯量⼦光源系统。
他们设计并制备出10×10超构透镜阵列，使⽤泵浦激光⼊射到该系统：让超构透镜阵列将泵浦激光均分成10×10份，并在BBO晶体中聚焦；聚焦的泵浦光在BBO 中发⽣⾃发转换，从⽽产⽣⼀系列信号/闲置光⼦对。
理论上，这⼀由超构透镜与BBO晶体组合在⼀起所制备出的路径纠缠光⼦的维度是100维。
如果增加透镜阵列数，纠缠光⼦的维度还可以进⼀步提⾼。
他们⽤波长404 nm的连续激光作为泵浦光，测量超构透镜阵列中的不同超构透镜产⽣的光⼦之间的纠缠特性，所得到的⼆维、三维以及四维路径纠缠态的保真度分别达到98.4%、96.6%和95.0%。
⽽且，超构透镜具有灵活的光场调控能⼒，可以对光场的相位、偏振、振幅等集成调控，从⽽进⼀步调制纠缠态。
该系统也可以⽤于制备简易紧凑的多光⼦源。
实验中科研⼈员利⽤415 nm的飞秒激光作为泵浦源，分别测量了由该系统制备的4光⼦和6光⼦的符合曲线，并展⽰了4光⼦Hong-Ou-Mandel⼲涉的结果，得到很⾼的⼲涉对⽐度。
光场调控与应用就业方向
光场调控与应用就业方向【光场调控与应用就业方向】：探索未来科技发展新蓝海在当今科技日新月异的时代，光场调控技术作为一门前沿交叉学科，正以其独特的魅力和广阔的应用前景吸引着越来越多的研究者和从业者的关注。
光场调控是指通过科学技术手段对光的传播、强度、相位、偏振等属性进行精准操控，实现对光的行为和性质的主动设计与管理。
本文将深入剖析光场调控领域的核心内容，并探讨其在各行业的应用以及相应的就业方向。
一、光场调控核心技术解析光场调控的核心技术主要包括以下几个方面：1. 光束整形技术：通过光学元件如空间光调制器、衍射光学元件等，实现对光束形状、大小、方向的灵活控制。
2. 相位调控技术：通过对光波的相位分布进行精确操控，可以实现光束的聚焦、散焦、分裂、合成等多种功能，是全息成像、光学镊子等技术的基础。
3. 偏振调控技术：利用各种偏振器件对光的偏振态进行改变，广泛应用于信息加密、光学通信、生物医学检测等领域。
4. 光场编码技术：以时空二维或三维方式对光场进行编码，为信息传输、图像处理、三维显示等提供新的解决方案。
二、光场调控技术的主要应用领域及就业方向1. 光通信与网络：光场调控技术在光纤通信、光互连、光计算等领域有着广泛应用，相关就业岗位包括光通信工程师、光纤网络架构师、光电芯片设计师等。
2. 生物医学：在生物显微成像、生物光子学治疗、光学镊子操作单细胞等领域，光场调控发挥着关键作用，就业方向包括生物医学光子学工程师、生物光学研究员、医疗设备开发工程师等。
3. 高端制造与精密测量：如激光微纳加工、超分辨显微镜、三维立体打印等领域，都需要精确的光场调控技术，对应的就业机会有激光工艺工程师、精密仪器研发工程师、纳米材料制备工程师等。
4. 信息安全与防伪技术：基于光场调控的偏振加密、量子密码等技术在信息安全领域具有重要价值，可从事信息安全工程师、量子通信技术研究员等工作。
5. 智能显示与虚拟现实：光场调控技术对于新型显示技术（如全息显示、裸眼3D显示）的发展至关重要，提供了智能显示工程师、虚拟现实技术研发员等就业机会。
新型光场调控与感知技术
新型光场调控与感知技术
新型光场调控与感知技术是一种前沿技术，涉及到对光场进行精密调控和感知的方法。
光场是描述光波传播和传播特性的概念，而光场调控与感知技术通过使用先进的光学、电子学和计算方法，对光场进行精确控制和感知，为许多领域带来了创新性的应用。
以下是一些新型光场调控与感知技术的方面：
一、光场调控：通过使用液晶空间光调制器、相位调制器等设备，可以实现对光场的调控。
这使得可以精确控制光波的相位、振幅和偏振等属性，为光学成像、通信、激光加工等领域提供了更多可能性。
二、超材料应用：利用超材料的特殊光学性质，可以设计出具有特定光学功能的材料，如超透镜、折射率为零材料等。
这些材料的制备和应用涉及到对光场的调控。
三、全息成像：新型的全息成像技术允许在三维空间中记录和重现物体的光场信息。
这在医学、虚拟现实、远程通信等领域有广泛应用。
四、计算光学：利用计算方法对光学系统进行优化和调控，例如使用计算成像方法改善图像质量、抑制光学畸变等。
五、光学传感技术：利用光场传感技术，可以实现对环境中光学特性的高灵敏度检测。
这对于光学传感器、生物医学诊断等领域具有重要意义。
六、量子光学：利用量子光学的原理进行光场的调控和感知，涉及到光子的量子态的精确操控，为量子通信、量子计算等领域提供了
基础。
这些新型光场调控与感知技术的发展为光学科学和技术领域带来了深刻的变革，推动了许多领域的创新与发展。
超分辨显微技术在生物学中的应用
超分辨显微技术在生物学中的应用随着科技的不断进步，生物学领域的研究得到了极大的升级。
超分辨显微技术是一个比较新兴的技术，它给科学家们提供了一个更加准确的视角去观察和研究细胞和分子。
超分辨显微技术的应用领域非常广泛，但在生物学方面，它的应用尤为重要和广泛。
本文将从超分辨显微技术的原理、类型、应用和未来发展方向展开对超分辨显微技术在生物学中的应用的探讨。
一、原理超分辨显微技术是指提高显微镜分辨率达到或超过光学分辨极限的一系列技术的总称。
光学分辨率的极限由能够被光学成像的对象所决定。
超分辨显微技术的原理是通过控制光场并合理地设计成像系统来绕过光学分辨极限的限制。
超分辨显微技术的原理大致可以分为四类。
第一类是自荧光：自荧光是指荧光分子本身所具有的可以被激发出来的荧光信号，这种信号的强度和波长可以被人为地调控。
第二类是单分子分辨率显微技术：单分子分辨率显微技术将实现在道德极限以下的光学成像，这种技术可以摆脱光学分辨极限的限制，因为在不同的瞬间，不同的分子可以被单独地看到。
第三类是结构灵活的成像具体技术：这类技术是通过充分利用多种噪声来实现结构灵活、柔性的成像技术。
第四类是高分辨率成像技术：随着分辨率的提高，显微镜不断靠近物体以获得更多信息，从而更好的去观察样品的结构。
二、类型超分辨显微技术按照原理不同，可以分为多种类型。
一般来说，单分子成像技术能保证最高的空间分辨能力。
但是，这种技术的缺点是不能够在细胞内进行成像，而且成像的时间非常耗时。
此外，这种技术所需要的样品成像条件较为狭窄，而且成像的样品数量非常有限。
高分辨成像技术可以在活细胞内进行成像，并且可以对样品进行稳定的成像，但是，这种技术的分辨率相对于单分子成像技术来说较低。
另外，这种技术的操作也比较复杂，并且对检测的样品的要求比较高。
因此自荧光和结构灵活成像则是这两种技术的一个非常好的补充。
三、应用超分辨显微技术为生物学研究带来了多种可能。
营养水平、生理功能、基因、分子机器和病毒源等在生物学研究领域并不是什么“新鲜事”，但是，超分辨显微技术使这些问题的研究更加细致、全面和深入。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
项目名称：多维度光场调控与超极限光学成像 提名者：中国物理学会 提名意见：
该项目围绕“超极限光学成像”这一目标，发展了多维度光场调控的新手段， 探索了克服衍射极限和信道复杂这两个不利因素的新成像原理与方法，具有通用性 与常规光学显微技术兼容性等优点，因而具有可拓展的广泛应用推广价值。实现了 分辨率达到 70 纳米的无标记远场超分辨光学成像和突破光学散射限制的全彩色动态 非侵入式成像，在此过程中，开发了多种对光场的时间-空间特性进行多维度调控的 新方法。项目成果发表在 Physical Review Letters 等高水平学术杂志上，受到国 内外同行及主流科技媒体的广泛关注与跟进研究，获得 2014 年度中国光学重要成果 奖，单篇论文他引次数达到 287 次，入选 ESI 高被引论文。
鉴于此，中国物理学会郑重提名该项目申报国家自然科学奖二等奖。
项目简介
成像技术是人类探索自然科学极为重要的工具。电子显微、相衬显微、荧光超 分辨等多项诺贝尔奖成果不断地扩展着人们的“视域”。然而成像技术始终受限于 基本的物理极限，在许多情况下无法克服衍射极限和信道复杂两个不利因素。传统 标量衍射理论、变换光学和光场汇聚显然也无法带来新的技术革命。项目从成像的 基本物理过程，以多维度光场调控为技术手段，重新审视了上述两个不利因素。利 用光场在空域、时域和频域调控的新方法，复杂体系中光场能被高效的定向传输、 极限汇聚和反演，噪声中的微弱信号能被有效的提取、筛选和实时演化。随着光场 时空合成新原理的提出，光场传播全矢量描述的完善以及多参量光场调控技术的成 熟，取得的成果包括以下三项科学发现：
客观评价
（1）极小尺度光场和超分辨成像工作 代表性工作 1 获得 2014 中国光学重要成果奖；第一完成人受邀在意大利举办的 第 12 届“光学新材料与应用”（NOMA2015）学术会议上安排为大会主题报告。在国 家重大科学研究计划项目《光场调控及与微结构相互作用研究》中，以“光场调控 在超分辨光学显微成像中的应用”为名获得重大研究成果推荐。成果也得到国内外 同行的关注和认可，Opt. Express, 25, 5821 (2016), Opt. Express 25, 28409 (2016) 和 Photon. Res. 5, 15（2017）等文章都报道了该成果并认为矢量光场调控已经在 超分辨成像方面展示了重要的应用前景。英国 Thomas F. Krauss 教授也在 The European Conference on Lasers and Electro-Optics 2015 上介绍了这个成果。 代表性工作 4 发表后也受到广泛的关注，发表的第二个月即获得 Optics Letters 的 top downloads from April 2013 第 4 名（第 1 名为版面扩充通知），目前他引总 次 数 超 过 30 次 ， 其 中 大 部 分 文 章 （ 如 Opt. Lett. 38, 3700 (2013), Opt. Express.21.031469 (2013), Sci. Rep.5,11793 (2015)等）均报道了本代表性工作 的实验数据，“The smallest focal spot(0.0711λ2) was obtained in experiment with 91% blockage at the middle of the beam.”（引自 Opt. Com., 331，87 (2014)）。 认为该成果中所描述的矢量光场调制方式，是这种低阶的径向偏振光调制紧聚焦获 得的最小光斑。 （2）基于光场相位控制的先进光学成像技术 折射率虚部光子晶体工作（代表性工作 2）发表后，中国科学网即对该工作发表 题为“光子晶格设计制备研究取得进展”的报道。同时其相关工作（Opt. Express, 16, 12899 (2008)）较早使用液晶空间光调制器实现了带功能性缺陷光子晶体结构， 因此得到了多篇相关论文的单独重点饮用，被认为是本方向研究的开拓性工作 （Micromachines 7, 59 (2016)）。其中 Applied Optics 综述文献(Applied Optics, 52, 61 (2013)) 认为本工作“通过控制的多光束干涉实现了高对比度功能性器件”。 代表性工作 6 发表后，随即获得了很高的关注度，被收录到了同年 6 月份的 Virtual Journal for Biomedical Optics (VJBO)杂志上。作为典型的波前调制技 术的代表，这一成果得到了国际同行的肯定，多篇高水平文章（如 Nature Photonics, 8, 784 (2014), Optica 2, 424 (2015), Scientific Reports 7, 41789 (2016)）
1、利用调控光场实现极小空间光场与超分辨光学成像 从光场调控新原理和新技术出发，生成具有奇异性质的复杂光场，研制出精准 光场参数调控和表征装置，探索调控光场的传输和紧聚焦特性。系统性地开展了远 场紧聚焦光学以及超分辨光学成像研究，取得了迄今最优异的远场聚焦与线性无荧 光标记远场光学成像。在可见光范围内能实现 70nm 的空间分辨率。研制了专用光场 调控模块（兼容于商用共聚焦显微镜），使得系统的操作如同普通共聚焦显微。 2、建立了基于光场相位控制的先进光学成像技术 通过对光场的振幅、波矢、相位空间分布等因子开展调控，合成了新型三维空 间光场结构，并将之应用于光刻与成像。通过对散射光场的探测与相位优化首次实 现了散射体后实时、动态、彩色三维透视成像，这种成像方法突破了常规光学散射 限制，提升了人类视觉本领与能力，有望为散射显微和透视成像带来新的技术手段 和应用。 3、多维度光场调控的新手段 利用新型的自适应设计光学方案，设计出新的微纳结构，对光场的空间分布、 传播方向和传输速度进行调控。同时通过设计并制备新型微纳光学结构，实现了对 光场的传输方向、空间分布、传输速度和持续时间的操控。为在时间和空间多维度 上的极限光学成像提供了新手段。 超分辨光学成像显微技术获得 2014 中国光学重要成果奖；在 SPIE Optics and Photonics 2016 等多个国际学术会议上被邀为大会主题报告。项目成果发表在 “Physical Review Letters”、“Nature Communications”、“Advanced materials” 等杂志，其中 Physical Review Letters 2 篇，ESI 高引论文一篇, 8 篇代表性成果 总被引 610 次。科学网及中国光学网等科学网站对本成果予以报道，引起了社会关 注与讨论，成果更以科普论文的形式发表在“物理”杂志上，受到产业 科 学 媒 体 的 关 注 ， 美 国 科 学 促 进 会 新 闻 网 站 （ AAAS EurekAlert!）以及欧洲科学新闻（AlphaGalileo）等媒体对项目成果进行了报道。