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Optica:折射率不匹配界面附近的非線性顯微鏡建模

發(fā)布時間:2022-03-15 14:20:15 瀏覽量:3805 作者:LY.Young 光學前沿

摘要

多光子顯微鏡廣泛應用于厚生物樣品成像洋腮。 它除了在深度成像時具有 μm3級的分辨率外,它還有一個獨特的優(yōu)勢,即其多種非線性過程(如鳞骤,雙光子三光子激發(fā)熒光、二次和三次諧波生成、相干拉曼反斯托克斯散射)可用作對比機制榴嗅,以提供生物樣品的補充信息。 在相干非線性顯微鏡中疏魏,信號和散射方向由激發(fā)場分布和樣品微觀結構之間的相互作用產(chǎn)生,因此葵硕,定量圖像解釋需要建模描述蜀变。


正文


技術背

多光子顯微鏡廣泛應用于厚生物樣品成像器予。 它除了在深度成像時具有 μm3級的分辨率外,它還有一個獨特的優(yōu)勢钧惧,即其多種非線性過程(如,雙光子三光子激發(fā)熒光、二次和三次諧波生成、相干拉曼反斯托克斯散射)可用作對比機制诅妹,以提供生物樣品的補充信息丈莺。 在相干非線性顯微鏡中弛秋,信號和散射方向由激發(fā)場分布和樣品微觀結構之間的相互作用產(chǎn)生瞎疼,因此茅茂,定量圖像解釋需要建模描述走敌。


當前不足:

現(xiàn)有的基于角譜表示(ASR)計算聚焦點附近的激發(fā)場分布异雁,基于格林函數(shù)(Green)將非線性響應從聚焦區(qū)域傳播到探測器平面的模擬策略及已建立的大多數(shù)數(shù)值模型忽略了焦點附近樣品光學異質(zhì)性引起的場的失真的影響。



解決方案:

巴黎理工學院的Josephine Morizet和Nicolas Olivier等人將有限差分時域(FDTD)方法(FDTD已被用于模擬寬場暂论、共聚焦、相襯等多種顯微鏡坝咐,還用于計算光通過骨骼或腦組織傳播時產(chǎn)生的像差)應用于存在光學異質(zhì)性的情況下,對聚焦場進行建模。與之前的模型相比,避免了由微米尺度的折射率不匹配引起的場失真。


實驗結果:

通過實驗和數(shù)值計算重新審視了使用雙光子激發(fā)熒光笙僚、三次諧波生成翎迁、偏振三次諧波生成等多光子顯微成像的折射率不匹配介質(zhì)之間垂直界面的常見幾何形狀罕拂,表明ASR/Green模型無法重現(xiàn)實驗觀察結果柿菩,因為它忽略了近焦處的場失真凉泄,相比之下蒂誉,基于FDTD的方法準確地解釋了實驗觀察到的偽影陡蝇。對相干和偏振分辨圖像的解釋具有重要意義恼策。



應用場景:
多光子顯微成像定量圖像描述。DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.421257


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