透过散射介质光学显微成像领域取得新进展

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所（以下简称西安光机所）瞬态光学研究室在透过散射介质光学显微成像领域取得新进展，团队通过对光场的精确调控，让散乱的光线恢复有序，有效化解了光线传输路径上的干扰难题，实现了从“看不见”到“看得见”再到“看得清”的突破。研究成果发表于《物理期刊：光子学》。

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光学显微成像技术凭借非侵入、无损伤的独特优势，是生命科学研究中洞察微观生命活动的核心工具。然而，生物组织内部折射率分布极不均匀，光线穿过时会发生严重的散射与波前畸变，如同隔着多层磨砂玻璃观察微观世界，不仅导致成像模糊，更极大限制了观测的穿透深度。

论文共同第一作者、西安光机所副研究员彭彤介绍，生物组织对光的散射是制约光学显微实现深层、清晰成像的主要障碍。现有的散射补偿技术普遍存在系统复杂、计算量大且依赖标记等问题。传统透射显微技术难以同时校正照明与探测路径波前畸变，而波前整形虽可实现散射介质光场聚焦，但受限于聚焦光斑尺寸较大，导致分辨率受限。

对此，研究团队创新性地提出无导星双向波前校正成像技术。该技术以样品反射光作为反馈信号，通过单一空间光调制器同时对入射照明光与返回探测光路的波前畸变进行补偿，实现非侵入、无需荧光标记的光学重聚焦。

该技术将波前整形与图像扫描显微技术融合，在实现散射聚焦的基础上进一步压缩聚焦光斑尺寸，通过逐步增加调控单元数量的校正策略及分层散射补偿机制，在保证精度的同时大幅提高了计算效率。

实验结果表明，该技术在总光学厚度1.82的三层散射介质中实现了高质量聚焦；进一步结合像素重分配与去卷积处理，系统分辨率相较于单纯散射校正提升了约1.76倍。

该技术解决了光学显微成像中照明与探测路径散射畸变难以同时补偿的问题，为生物组织深层高分辨成像开辟了新途径，未来有望应用于生物医学检测等领域。