基于自适应光学法可突破物镜标定视场极限的大视场双光子成像

物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成象，因而直接关系和影响成象的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。物镜的结构复杂，制作精密，通常都由透镜组组合而成，各镜片间彼此相隔一定的距离，以减少像差。每组透镜都由不同材料、不同参数的一或数块透镜胶合而成。物镜有许多具体的要求，如合轴，齐焦。

物镜是由若干个透镜组合而成的一个透镜组。组合使用的目的是为了克服单个透镜的成像缺陷，提高物镜的光学质量。显微镜的放大作用主要取决于物镜，物镜质量的好坏直接影响显微镜映像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件，所以对物镜的校正是很重要的。

深圳先进技术研究院提出有效的自适应光学方法，可矫正在大扫描角度时(大视场成像)的离轴像差，从而突破物镜的标定视场限制，实现视场直径可达3.5 mm且维持着800 nm横向分辨率的双光子成像。

双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。双光子激发的基本原理是：在高光子密度的情况下，荧光分子可以同时吸收 2 个长波长的光子，在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后，发射出一个波长较短的光子;其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。

双光子激发需要很高的光子密度，为了不损伤细胞，双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脉冲宽度只有 100 飞秒，而其频率可以达到 80 至 100 兆赫。在使用高数值孔径的物镜将脉冲激光的光子聚焦时，物镜的焦点处的光子密度是Z 高的，双光子激发只发生在物镜的焦点上，所以双光子显微镜不需要共聚焦针孔，提高了荧光检测效率。

显微成像系统，是指显微镜下观察样品拍照成像的系统。通过调节物镜成像的位置(成像介于目镜的一倍焦距与两倍焦距之间)，使物镜所成的像位于目镜前焦点的外侧，经目镜放大得到一个经二次放大的正立实像，当光源足够强时，相机或摄像机的光电元件感光成像。显微成像系统是显微镜与摄像技术相结合的产物，可对人眼无法看到的微生物进行观察拍照。

在显微镜上加接专用连接镜头，接上CCD摄录镜头，再把动态的图像传送到计算机，获得动态图像，从而观察生物不同生长阶段的发育形态。可对昆虫细胞和病菌孢子高倍放大进行观察，并可远程进行图像采集储存处理。

自适应光学是补偿由大气湍流或其他因素造成的成像过程中波前畸变的最有前景的技术。是一项使用可变形镜面矫正因大气抖动造成光波波前发生畸变，从而改进光学系统性能的技术。自适应光学的目的是修复大气湍流等因素对光波波前的扭曲。自适应光学首先要检测波前扭曲情况，然后通过安装在望远镜焦面后方的一块小型的可变形镜面对波前实时进行矫正。可变形镜面后安装有促动器。自适应光学与主动光学不同，后者通过改变主镜的形状调整因重力形变等因素造成的像质扭曲，前者用于补偿大气湍流带来的影响。

自适应光学需要以很高的频率调整镜面形状，因而可变形镜面尺寸一般比较小，对材料的要求很高。曾发生过变形镜无法承受高频调整而碎裂的事故。此外，还要求促动器的数量足够多，由此还会带来成本提高、运算量过大等一系列问题。天文望远镜上的自适应光学更多用于红外观测，而非可见光观测。可见光波段的自适应光学已经广泛用于侦察卫星的小口径望远镜上。

视场是天文学术语。指望远镜或双筒望远镜所能看到的天空范围。 视场代表着摄像头能够观察到的最大范围，通常以角度来表示，视场越大， 观测范围越大。例如有些摄像头的视场是50度，而有些是58度，后者相比前者在同等距离的情况下就能拍摄到更大的景物范围。一般的摄像头的视场均在52度左右，更有甚者可达180度、360度(摄像头底座固定，镜头可以作一周旋转)。视场角在光学工程中又称视场，视场角的大小决定了光学仪器的视野范围。

视场角又可用FOV表示，其与焦距的关系如下：h = f*tan\[Theta];像高 = EFL*tan (半FOV);EFL为焦距;FOV为视场角。视场角分物方视场角和像方视场角。一般光学设备的使用者关心的是物方视场角。对于大多数光学仪器,视场角的度量都是以成像物的直径作为视场角计算的。如：望远镜、显微镜等。而对于照相机、摄像机类的光学设备，由于其感光面是矩形的，因此常以矩形感光面对角线的成像物直径计算视场角。

新闻来源：深圳先进技术研究院

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