我国科研团队提出生成“又宽又薄”光片新方法

2022年3月26日，中国科学院深圳先进技术研究院光电工程技术中心的李剑平团队在光学期刊《Optics Letters》上发表最新研究成果。该研究团队提出了一种生成薄而宽的准无衍射激光光片的光瞳掩模优化设计方法。博士后研究员唐城博士为论文第一作者，正高级工程师李剑平博士为通信作者。

光片荧光显微术是活体生物成像的一场革命。通过将激发激光限制于显微物镜景深范围附近的光片薄层，既可以减少显微成像的离焦模糊，又可以减少光漂白和光毒性，极大地提高了图像的清晰度，延长了生物样品的观测时间。通过逐层扫描样品或光片可形成三维图像。

然而，光片显微术的成像性能受限于光片的光学属性，其成像分辨率受限于光片的厚度，成像视场受限于光片的宽度。而光片的厚度和宽度因光波固有的衍射属性相互制衡。薄光片支持高分辨率，但衍射发散快、有效宽度窄，限制了成像视场；厚光片衍射发散慢，支持大视场成像，但限制了分辨率。

针对这一问题，研究者提出了一种数值优化方法，可以用来设计一种叫作光瞳掩膜的衍射光学器件，以生成薄而宽的光片。该方法巧妙地提出了一个光片质量的全局评价因子，用于表征光片厚度、无衍射范围和旁瓣之间的制衡关系。理论和实验表明，优化后的掩模可将静态光片无衍射范围扩大50%，同时使其旁瓣低于20%。据此生成的新型静态光片可以在不牺牲轴向分辨率的前提下，对样品实现更大视野的成像。