基于超构表面设计的集成显微成像研究

基本信息
批准号:91850204
项目类别:重大研究计划
资助金额:350.00
负责人:李涛
学科分类:
依托单位:南京大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:肖淑敏,张丽敏,金立敏,杨文宏,陈绩,徐贝贝,陈晨,杨程,李涵梦
关键词:
超构表面亚波长显微与成像微纳结构中光的调控表面等离激元集成成像
结项摘要

With the ever-increasing demands of large information, micro-imaging with high/super resolution, wide field-of-view (FOV), large depth-of-field (DOF) capabilities is the goal that people are always pursuing. But they are difficult to get at the same time by the limitations of the traditional optical imaging principle. According to this, this project plans to work on an integrated micro-imaging technology based on the cutting-edge metasurface design. We will take the advantages of flat and ultrathin, flexible manipulation on chromatic dispersion, polarization, wavelength selection of metasurface, and incorporate with design of micro-lens array, to overcome or circumvent the conventional contradiction between this requirements, and to develop new integrated micro-imaging system. The research includes: large scale broadband achromatic design for metasurface, tunable DOF imaging by metalens array, superchromatic metalens for WDM imaging and zooming, aberration design for tomography and stereo-imaging, structured illumination imaging based on waveguides, wide FOV micro-imaging based on VPS chip, and so on. It is expected that the integrated technology can achieve a wide FOV with millimeter scale, DOF of 100 microns, and resolution of micron /sub-micron scale, which will be applied to high-speed observation and big data analysis of biological cells and pathogen tissues.

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。

项目摘要

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。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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项目类别:面上项目
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基于超构表面的突破衍射极限的声波聚焦和成像

批准号:11774297
批准年份:2017
负责人:祝捷
学科分类:A2301
资助金额:62.00
项目类别:面上项目