光镊技术及其应用

2018年，诺贝尔物理学奖授予美国科学家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)，以表彰他在“光镊及其在生物领域的应用”中的突破性贡献。光镊的本质就是一束高度聚焦的激光束，它可以将微粒稳定的束缚在光束焦点附近，这使得光镊可以作为一种无损伤的微观操控工具。由于光镊具有纳米量级的位移测量精度和亚皮牛顿量级的测力精度，使其在单细胞、单生物分子水平的科学研究中展现出得天独厚的优势。我们课题组团队专注于开发各种光镊技术，并探索其在单细胞和单分子水平上的生物学应用。目前我们主要研制用于动物活体内的细胞捕获的光镊设备和与拉曼光谱学相结合的拉曼光镊系统。Read More

计算生物医学成像

成像技术对理解、分析细胞或者组织的结构和生命活动规律起到至关重要的作用。传统的成像系统是基于光在在自由空间或者透明介质（水浸物镜、油浸物镜）中传输特性，物体的波前信息仅仅发生衍射，并没有被扰乱。但是深入组织内部的光学成像则不同，由于组织折射率分布的不均匀性，导致波前信息由于散射作用被扰乱，这使得深入组织内部的高分辨生物医学成像依然是一个巨大的挑战。为解决这一瓶颈问题，计算成像技术被引入到这一领域。计算成像是利用物理和数学原理，构建合适的成像模型，利用计算的手段从一系列一维或者二维数据中重建样品图像。我们课题组致力于利用基于空间光场调制技术的计算成像方法，获取成像样品二维或者三维空间分布情况，如单光纤内窥镜成像技术、单像素成像技术和光声成像技术等。 Read More

波前调控

光在经过复杂介质传输之后，例如生物组织，光的多重散射会将入射光场的信息扰乱形成光学散斑。因此，在厚度超过1 mm（光学散射极限）的软组织内实现光学聚焦具有非常大的挑战性。波前调控技术通过优化入射光波前来补偿光子在散射介质中沿着不同路径传输时产生的相位差，从而克服光学散射的限制。在过去的十年研究中，多种波前调控技术被开发用于控制光在散射介质中的传输。特别地，波前调控技术具有使激光透过厚度为cm量级的软组织实现光学聚焦的潜力，从而克服光学散射极限。此外，通过补偿或利用光散射，波前调控技术在深度组织光学成像、光纤内窥镜、光遗传学和全息显示等领域具有潜在应用价值。 Read More

结构光场

新型结构光场调控技术是现代光学和光子学领域非常重要的工具。结构光场调控包含光场的产生、表征和应用。生成任意的复杂结构光场依赖于对光场的不同自由度信息进行独立或同时的调控，包含振幅、相位、偏振以及相干性等。我们课题组基于DMD和SLM开发了多种光场调控技术，实验上生成了非衍射光束、自加速光束、矢量光束和涡旋光束，并研究了其光场传输特性。目前，我们正在探索新型结构光场在光操控、光学成像和光通信等领域中的应用。 Read More