光学前沿动态
OPTICS FRONTIERS
28
2026
-
05
中国科学院西安光机所在光学显微成像领域取得系列重要进展
作者：
在微观世界中，细胞受激光作用后的瞬态响应、深层组织中被散射扰动的微弱信号，以及透明样品中难以直接观测的相位信息，往往都隐藏在光与物质相互作用的细微过程里。
如何“追光捕快、察纳显微”，让显微成像追上高速变化、穿透复杂组织、读出隐匿相位，是先进光学成像的重要挑战，也是中国科学院西安光机所重点研究方向之一。
近期，中国科学院西安光机所姚保利研究员团队围绕这些关键问题持续攻关，在高保真压缩高速成像、多导星并行波前传感和双编码计算显微成像等方向取得系列进展：让瞬态过程更清晰，让深层成像更精准，让无透镜相位重构更可靠，为生命科学、微纳加工和超快物理过程观测打开了新的观察窗口。
相关研究成果连续发表于Optics Express，Optics and Lasers in Engineering，Optics Letters。
进展一：高保真压缩高速成像，捕捉细胞瞬态动力学
针对光学显微高速成像中光通量受限与重构失真的难题，研究团队创新性地提出高保真压缩高速成像方法（HF-CHI）。该方法结合高透过率静态编码掩膜、双路径同步采集架构以及团队研发的多先验物理增强神经网络（mPEN），在50 Kfps的等效帧率下，实现了优于181 lp/mm的高空间分辨率。
图1 洋葱表皮细胞光热烧蚀动力学成像结果
该方法成功解析了细胞光热烧蚀等复杂非重复瞬态动力学过程，为生物医学、微纳加工及超快物理研究提供了有力工具。
相关研究成果以《High-fidelity compressed high-speed imaging for resolving rapid micro-dynamics》为题发表于2026年04月Optics Express，论文共同第一作者为西安光机所栗星博士、王思颖博士，通讯作者为西安光机所柏晨研究员和姚保利研究员。
论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.595532
进展二：多导星并行波前传感，提升深组织成像质量
在深层生物组织成像中，由样品引起的空间变化波前畸变严重影响成像质量。传统瞳面自适应光学（PAO）方法难以实现大视场有效校正，而现有基于多导星波前测量的技术则受限于导星数量（通常仅数十个）。
对此，研究团队提出了一种多导星并行波前传感（PWS）方法，可在不显著增加时间成本、无需提升硬件性能的前提下，同时利用数百颗导星对高度空间变化的波前畸变进行高效校正。
图2 不同导星数量下校正图像的对比
该方法显著提升了可利用导星数量，为克服深层组织成像中的复杂波前畸变提供了全新且高效的解决方案。
相关研究成果以《Parallel wavefront sensing with hundreds of guide stars for anisoplanatic correction in two?photon microscopy》为题发表于2026年05月Optics and Lasers in Engineering，论文第一作者为西安光机所杨睿文博士，通讯作者为西安光机所杨延龙正高级实验师和姚保利研究员。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2026.109818
进展三：双编码计算显微成像，攻克低频相位缺失难题 传
统无透镜编码叠层成像（CP）及类似方法普遍存在低频相位信息缺失的问题。
图3 传统编码叠层成像与所提方法系统原理对比
研究团队提出了一种基于多角度照明与编码叠层的计算显微成像方法（Multi-angle CP）。该方法采用“照明-探测”双编码模式：
·照明端通过横向平移筒镜产生不同入射角度的平面波提供相位多样性；
·探测端引入编码层作为支撑域约束增强相位恢复收敛性。该策略有效提升了相位重构精度，克服了低频相位信息缺失的瓶颈。
图4 传统编码叠层成像与所提方法对低频相位目标仿真结果对比图
该方法有效提升了相位重构精度，解决了低频相位信息缺失的难题。
相关研究成果以《Lensless quantitative microscopy based on multi-angle illumination and coded ptychographic phase retrieval》为题发表于2026年04月Optics Letters，论文第一作者为西安光机所杨力铭特别研究助理，通讯作者为西安光机所吴腾飞研究员和姚保利研究员。
论文链接：https://doi.org/10.1364/OL.585444
上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。
近年来，姚保利研究员团队聚焦先进光学显微成像技术攻关，形成了多种新型光学显微成像技术，团队进一步融合人工智能算法，显著提升了先进光学显微成像技术的成像功能、信息获取维度及性能指标。相关工作发表于Opto-Electronic Advances、PhotoniX、Ultrafast Science等期刊。团队获授权国家发明多项专利，并先后荣获陕西省科学技术一等奖、二等奖以及陕西省重点科技创新团队等多项奖励和荣誉。
来源：西安光学精密机械研究所
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