近日，南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院徐挺教授課題組發(fā)表了自旋復用超構表面用于實現(xiàn)動態(tài)可切換相差成像的最新研究成果。相關工作以“Photonic spin-multiplexing metasurface for switchable spiral phase contrast imaging”為題發(fā)表于《Nano Letters》 。 >axf_k  
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作為光學成像系統(tǒng)中最具代表性的兩種工作模式，明場成像和相差成像可以提取物體的不同形態(tài)信息，因而發(fā)展一種小型化、低成本且能在這兩種重要工作模式之間可切換的成像系統(tǒng)對于許多實際應用非常有吸引力，如生物醫(yī)學成像、表面缺陷檢測、人工智能目標識別等。為此，徐挺教授課題組提出并證明了一個由傅立葉變換裝置以及超構表面空間濾波器組成的成像系統(tǒng)可以執(zhí)行二維空間微分操作，從而實現(xiàn)各向同性的邊緣增強成像。如圖1a所示，該超構表面由一組矩形二氧化鈦亞波長納米結構組成，可在整個可見光范圍內提供兩個光子自旋依賴且相互獨立的相位面。通過設計和嵌入此超構表面空間濾波器于傅立葉變換裝置的焦平面上，該系統(tǒng)僅通過改變入射光的自旋態(tài)，就可以實現(xiàn)明場成像模式和相差成像模式之間的動態(tài)切換。 i#RT4}l"a  
相差成像的一個主要優(yōu)點是可以很容易地從環(huán)境中檢測到折射率差異較小的樣品，例如生物細胞。圖1b分別為480 nm、530 nm、580 nm、和630 nm 波長的左旋入射光照射下采集的洋蔥表皮細胞的明場圖像。雖然可以看到細胞內的一些細胞器，但細胞壁和細胞質之間的微小振幅和相位差異使單個細胞邊界難以分辨。然而，在右旋入射光的相差成像模式中，情況已經完全改變，結果如圖1c所示。邊緣增強后的相差圖像顯示了更多的細胞表皮細節(jié)，使得單細胞輪廓更容易被識別，這對細胞形態(tài)觀察有很大的幫助。結合超構表面的平面結構、超薄厚度和高像素密度的優(yōu)點，這種方法可能會在成像和顯微技術這個交叉領域開辟新的應用場景。 .=u8`,sO  
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南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院博士生霍鵬程為論文第一作者，徐挺教授為論文通訊作者，工作得到了陸延青教授的精心指導，南京大學為論文的第一單位，合作單位包括華中科技大學與美國國家標準技術研究院。該研究受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助并得到了固體微結構物理國家重點實驗室以及江蘇省功能材料設計原理與應用技術重點實驗室的支持。 5|pPzEA>  
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相關鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00471