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量子相干控制超分辨荧光宽场显微成像
传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制,无法分辨尺度小于~200nm的事物,为了突破衍射极限,超分辨荧光显微技术应运而生,在生物成像等领域得到广泛应用。根据成像采集过程,超分辨方法主要可分为两类。一种是单分子定位显微方法(SMLM),通过荧光分子的光开关特性,孤立每个发光分子进行单独定位。此类方法具有不受衍射极限限制的特点,可以得到10-40nm的超高分辨率,但由于分子激活漂白的循环步骤使得采集速度和成像时间较慢。另一种是如结构光照明等宽场成像的超分辨显微技术,可以通过获得相邻区域/荧光分子间一定程度的响应差异来实现分辨率的提升。宽场成像的方法具有较高的时间采集效率,但由于同时激发视野内的全部分子,使得其分辨能力往往在100nm以上。目前还缺乏一种方法在理论上可以有效的兼顾宽场成像的时间采集效率和单分子定位方法的空间分辨率,因此亟需提出一种基于宽场成像对荧光分子高效调制的技术方案。 超分辨方法其本质都是通过识别单个荧光分子的独立的发射特性获得该分子的空间定位。如果可以对宽场成像中衍射极限以内各个发光分子荧光发射差异实现主动控制,则有可能获得更好的超分辨显微结果。近期,物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法(SNAC),在宽场成像下实现了分辨率的提升。课题组在ZnCdS量子点体系下获得衍射极限范围内各个量子点的差异化激发。通过设计多个整形脉冲,单个ZnCdS量子点的荧光差异性会得到增强。课题组通过周期性改变整形脉冲和傅立叶增强提取荧光响应的差异。同时,主动控制的图像采集方案可以有效的抑制系统中不随调制周期变化的泊松随机噪声和CMOS工艺导致的固定噪声,极大的提升了信噪比。接着,利用独立开发的混合周期(Combination-FFT)和多高斯拟合定位算法获得最终的超分辨重建结果。研究模拟了邻近双点荧光发射的超分辨定位,其结果可以很好的分辨出低至50nm的相邻荧光分子。对于密集标记的线性结构,SNAC的分辨能力同样有显著性的提高,获得了30nm左右的径向定位精度。在量子点标记的COS7细胞样品的维管结构区域清晰的观测到了维管的平行取向和姿态排布以及纤维交叉区域的95.3nm的邻近双峰,显示出了比已有多种宽场超分辨方法更好的重建结果。这个研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨,并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。
北京大学 2021-04-11
高稳定量子点荧光粉的研发
上海交通大学 2021-04-13
高性能量子照明雷达的设计与仿真
量子照明雷达是新兴的研究方向,是量子信息技术与雷达技术相结合的新兴产物。而量子信息技术又是古老的量子力学与信息技术相结合的交叉学科,不少研究者因晦涩的量子力学而望而却步。为了降低量子照明雷达的神秘感,打破抽象壁垒,我们创造性地发展了量子照明雷达的高效仿真技术,对于未来实现量子雷达的普及与推广具有重要意义。 截止目前,尚未见到关于量子照明雷达仿真平台的相关报道。而该成果基于MATLAB这一易于上手的计算机数值平台,沟通了抽象的量子力学与具体的量子目标探测之间的桥梁,具有创新性和国内领先的技术先进性。 经过近五年的研究和近两年教学实践的检验,该成果不断丰富和完善,通过可视化的工作界面,可以给出量子信号源的关键物理参数分析、量子态演化过程、多份量子态条件下量子照明雷达的虚警概率分析等多个方面的图形化界面,具有较强的推广应用价值。鉴于量子雷达技术是未来新体制雷达的重要技术途径之一,本成果将有望在空间、水下目标探测方面取得应用,市场应前景广阔。截止到目前,该成果已经应用于高年级本科生的培养与实训和北京某研究所的新体制目标探测项目研发中。
北京理工大学 2021-12-07
化学反应量子几何相位效应研究重要进展
在化学反应中,量子干涉现象普遍存在。但是,想要准确理解这些干涉产生的根源非常困难,因为这些干涉图样复杂,且在实验上也难以精确分辨这些干涉图样的特征。H+H2及其同位素的反应,是所有化学反应中最简单的。该体系只涉及三个电子,因此比较容易精确计算出这三个原子在不同构型时的相互作用力。在此基础上,通过求解相应的描述化学反应过程的薛定谔方程,就能够实现分子反应动力学过程的计算机模拟,从而做到在微观层次上深入理解化学反应过程。研究团队在2019年先期理论研究
南方科技大学 2021-04-14
光学超晶格铌酸锂有源光量子芯片
国际上第一个铌酸锂有源光量子芯片 一、项目分类 重大科学前沿创新、关键核心技术突破 二、成果简介 南京大学物理学院祝世宁院士的科研团队,研制出国际上第一个铌酸锂有源光量子芯片。该芯片集成了微型化光学超晶格纠缠光源、波导量子干涉器、波分复用器及电光调制器等不同功能器件,实现了纠缠光子的高效产生、高速电光调制并完成相应的信息处理功能。该芯片由光纤耦合输入输出,能在室温稳定工作,工作电压低于3.55V,调控速率可达40GHz。芯片的多项核心指标如纠缠光子产率、调谐速率、调谐带宽等创下当时国际最高水平,为光量子集成光学和信息处理开辟了一条和硅基芯片不同的技术路线。 成果以编辑推荐形式发表在物理学顶级期刊《物理评论快讯》(Phys. Rev. Lett. ,2014)上,被国际Physics、IEEE Spectrum等科技媒体重点评述。成果也成功入选中国光学十大进展(2014),以此为主要成果之一的“光学超晶格中纠缠光子的产生、调控和应用”获2020年高等学校自然科学奖一等奖。以此成果为基础,团队成功获批和完成基金委重大科研仪器研制项目,研制出多种高性能量子光源。
南京大学 2022-08-12
一种固态碳量子点的制备方法
本专利发明的目的在于克服现有技术存在的缺点,设计提供一种非碳电极、原料丰富、成本低、快速高效、自下而上的固态碳量子点的制备方法。碳量子点是一种新型碳纳米材料,具有原料丰富、性质稳定、毒性小、生物相容性好等诸多优势,在细胞成像、光电学、生化传感器等领域具有巨大的应用潜力。目前,已经有很多关于碳量子点方法制备的报道,主要分为自上而下和自下而上两大类,其中前者主要通过剥离技术从大尺寸的碳原材料剥落下碳纳米颗粒,包括激光剥离法、电弧放电法、电化学氧化法等,这一类方法操作简单、原料丰富,可大批量生产碳量子点,但一般需要较复杂的碳量子点分离纯化处理步骤;后者一般以有机分子(如:葡萄糖)为原材料,通过碳化的方式将这些分子转化为碳量子点,包括水热法、微波法等,这类方法合成的碳量子点形貌和尺寸容易控制、表面易修饰,但是一般需要选取合适的特定原料分子。而且,所有上述方法制备出的碳量子点一般为分散溶液的形式,与固态形式相比,溶液形式的碳量子点的储存和运输都不方便,为了得到固态碳量子点,一般需要冷冻干燥方式进行处理碳量子点溶液,这种处理方式耗时长,且需要专门的仪器设备。因此,探索一种兼具自上而下和自下而上两种方法优点、简单、高效地制备固体碳量子点的方法是非常有必要的。
青岛大学 2021-04-13
一种任意摆放的面结构光三维测量系统
面结构光三维测量技术是近几年飞速发展的光学三维测量技术,是基于条纹投影的物体三维面形重建技术。它利用物体面形对标准正弦条纹图的相位调制并对图像进行相位解调实现物体三维检测。该系统包括高质量面结构光投影模块、低失真图像采集模块及快速的数据处理算法。该测量系统中,标定准确的相位与空间三维坐标的关系是该三维测量技术至关重要的步骤。由于面结构光三维测量技术具有速度快、非接触、精度高等优点逐步受到人们的重视,它被认为是目前最有前途、最有发展潜力的三维测量技术。 一、主要功能和应用领域 该面结构光三维测量系统结合特定的标定技术,确定各个系统参数,建立相位与空间三维坐标的数学关系,改善系统的精确度及灵和性。该测量系统适用于工业制造、产品检测、模具设计、逆向工程、生物医学、文物保护、机器视觉等领域,具有广阔的应用前景。 二、特色及先进性 1、系统结构任意摆放 该任意摆放面结构光三维测量系统的组成部件在空间位置相对任意,易于在实地测量中使用。它在几何结构、光路等方面没有严格的平行性、垂直性要求,仅需要图像采集系统的视场被投影系统的视场所覆盖。 2、标定技术经济实惠且使用灵活 系统标定的过程中,仅需一种打印的棋盘格作为标定板,相比于制作困难且成本高昂3D标准件,该技术成本低,具有极高的实用性。同时,标定板的位置可以随机、任意放于测量视场中的任何一个空间位置,相比于现行的标定技术,具有极大的灵活性。 3、高分辨率 基于任意摆放面结构光三维测量系统,避免现行测量方法中因系统设置不准而造成的测量误差;考虑镜头引起的畸变现象,对每个像素点标定,降低畸变对测量结果的不良影响;采用最小二乘拟合算法,对多组数据拟合,保证相位与空间三维坐标关系的准确性。 4、测量系统技术指标 物体面形三维测量对测量仪器的分辨率、稳定性有较高要求,且部分算法复杂,所设计的系统采用联机方式。系统主要技术指标:测量范围:200mm×300mm×200mm,且连续可调;横向分辨率:可达0.06mm(主要受相机分辨率的限制,本系统采用AVT-GT1660C相机);纵向分辨率:可达0.02mm 四、能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果 1、基于任意摆放面结构光三维测量系统,解决传统系统设置难度大、对测量环境稳定要求高的困难。 2、标定技术可适用于任何面结构光三维测量系统,解决了现行标定技术使用范围较窄的问题。 3、该测量系统和标定技术具有高分辨率且经济实用,极大提高面结构光三维测量技术测量精度,拓展了面结构光三维测量技术的应用领域。
电子科技大学 2021-04-10
一种任意摆放的面结构光三维测量系统
该面结构光三维测量系统结合特定的标定技术,确定各个系统参数,建立相位与空间三维坐标的数学关系,改善系统的精确度及灵和性。该测量系统适用于工业制造、产品检测、模具设计、逆向工程、生物医学、文物保护、机器视觉等领域,具有广阔的应用前景。
电子科技大学 2021-04-10
一种用于可调桨叶片的激光测量装置、系统及方法
本发明公开了一种可调桨叶片激光测量装置,包括底座、旋转 台、激光位移传感器、横向移动机构和纵向移动机构;底座,用于支 撑测量装置其它部件;旋转台,安装于底座上,用于放置和旋转待测 可调桨叶片;横向移动机构,用于在水平方向上调节激光位移传感器相对可调桨叶片上测点的位置;纵向移动机构,用于在竖直方向上调 节激光位移传感器相对可调桨叶片上测点的位置;激光位移传感器, 用于采集可调桨叶片上测点与激光位移传感器之间的距离。本发明提 供了一种可调桨叶片激光测量系统及方法。本发明采用激光三角测量 原理获取测点的空
华中科技大学 2021-01-12
一种流化床内气固反应实时工况测量系统
本发明公开了一种流化床内气固反应实时工况测量系统,包括:气路单元、流化床反应器单元、炉温控制单元和实时工况测量单元;该气路单元包括气源、流量计、空气预热器;该流化床反应器单元包括流化床和布风板;空气预热器通过气路与流化床底端相连,流量计与气源和空气预热器相连;布风板置于流化床底端,反应气由布风板进入气固反应区;该炉温控制单元包括温度显示控制装置、炉温加热棒;温度显示控制装置利用电子控制装置调整炉温加热棒的电流,从而达到控制高温炉本体炉膛温度的目的;该实时工况测量单元用于获得所述气固反应的实时工况数据,与计算机相连进一步可以得到固定样品颗粒实时反应速率以及反应动力学参数。
华中科技大学 2021-04-13
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