激光增强三维成像技术

三维显微成像有助于获取和显示标本的立体信息。其广泛的应用领域包括生物样本观察、肿瘤诊断、材料研究；以及利用可见光获得三维图像的各种技术。

最近，由中国科学院上海光学精密机械研究所大功率激光物理重点实验室刘成教授领导的研究团队开发了基于K域变换的三维成像技术。

通过简单地用光片照亮样品，重新排列反射光的角频率分量，该技术实现了内部三维结构的测量。

研究人员采用一块薄的光片沿光轴照射物体，并用全息照相法记录了EPI方向反射光的模和相位。通过将反射光的空间分量从横向记录平面转换为光片平面，可以清晰地重建被照射切片的结构。

在他们的实验中，光学对准几乎与反射几何中用于数字全息照相的光学对准相同。

为了检查轴向分辨率，来自分束器的平行激光束穿过圆柱形透镜，形成一个光片，照亮要观察的样品。

样品反射光与另一平行光束干涉形成线下全息图，由电荷耦合器件（CCD）记录，可准确测量样品反射光的复振幅。

然后，样品结构在光片平面上的分布可以如上文所述计算。为了简单起见，实验中使用的第一个样品是一块1.8毫米厚的玻璃。得到的轴向分辨率为90um。

为了验证该方法在垂直于光片平面生成二维图像时的性能，进行了另一组实验。

玻璃的厚度为1.8毫米。利用飞秒激光加工技术实现了这些结构的制作，这些圆和十字的尺寸约为200um。

另一个实验结果来自一个损坏的滤光片，滤光片两面都有一层防反射膜，所有细微的划痕都清晰可见。光学滤波器的厚度为1.8 mm。

这两组实验结果与理论预期吻合较好，验证了基于K域变换的三维成像方法的可行性。

为了进一步定量测量该方法的横向分辨能力，他们在一块玻璃的一侧制作了一个USAF1951分辨目标，在另一侧制作了一个随机分布的小正方形。

将分辨率目标的细棒和随机方块的材料蒸发SiO2。如图3所示，X方向的分辨率约为4.38um，Y方向的分辨率约为5.52um。

这项新技术可以快速、高分辨率地重建实际的三维图像，并可应用于光学损伤的快速检测。

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图2轴面重建图像。（图像由SIOM提供）

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图3一侧分辨率目标和另一侧随机分布的小正方形。（图像由SIOM提供）