多角度全内反射荧光显微镜层析成像技术是实现轴向超分辨的主要技术之一,其关键算法是基于交替方向乘子算法对逆问题模型求解。为进一步提高交替方向乘子算法的迭代速度及收敛性,提出将一种基于松弛因子的改进型交替方向乘子算法应用于逆问题的求解中,其核心思想是对拉格朗日函数的分解迭代过程进行过松弛求解。基于该算法,搭建了多角度全内反射荧光显微镜成像系统,采集不同照明角度对应的不同穿透深度的图像堆栈,利用改进型算法重构细胞微管的深度信息,给出了系统的轴向分辨率,并与传统交替方向乘子算法进行了收敛速度的对比,给出了改进型算法达到最优收敛的松弛因子的取值范围,最后通过对线粒体样品进行长时程拍摄,重构了其三维信息,并观测了其融合和裂变的连续过程。实验结果表明,改进型交替方向乘子算法可以实现40 nm的轴向分辨率,并能在保证图像重构质量的同时,使迭代过程的收敛速度提升20%以上。

为了提高激光微加工质量，对激光焦斑进行整形，采用菲涅尔衍射公式进行了理论分析，基于遗传算法和设计约束条件通过Matlab设计了两种二元相位元件，0-π结构四环相位板的归一化半径尺寸r1=0.15、r2=0.70、r3=0.81，非0-π结构四环相位板的归一化半径尺寸为r1=0.25、r2=0.498、r3=0.652，从内到外各环对应的相位为2.879、3.087、0、3.012，采用这两种位相板调制后的纵向光斑大小可压缩至艾丽斑的76%和75%，峰值能量比分别为0.39和0.42，旁瓣能量分别为0.64和0.41，这两种相位板均可应用于飞秒激光微加工。

为了提高光学相干层析成像(OCT)的轴向分辨率,采用OCT与光学超分辨术相结合的方法,设计了三区相位型和振幅型两种光瞳滤波器,并将制作的光瞳滤波器应用于系统的样品臂中,分别测量不同条件下对应的轴向响应曲线,结果与理论分析基本吻合,实现了轴向分辨率10%以上的提高,从而验证了利用合适光瞳滤波器实现OCT轴向超分辨的可行性.

光学相干层析成像(光学相干层析成像术)的轴向分辨力由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。提高光学相干层析成像术轴向分辨力的方法主要基于带宽光源技术。提出了一种将变迹术与光学相干层析成像术相干门有机结合的方法来提高其轴向分辨力。通过适当形式的光瞳滤波器,使光学相干层析成像术系统轴向响应的主瓣宽度缩小到相干门之内,而其旁瓣则处于相干门之外,不对相干成像产生有效贡献。这样,就能在光源带宽不变的条件下,有效提高光学相干层析成像术的轴向分辨力,避免了采用宽带光源所带来的费用昂贵和系统复杂等缺陷。