西工大新聞網(wǎng)9月12日電（李文麗)近年來(lái)，微納光學(xué)理論與先進(jìn)微納制造技術(shù)催生了以人工微納結(jié)構(gòu)對(duì)光場(chǎng)的精細(xì)復(fù)雜調(diào)控的平面微納光學(xué)透鏡。但現(xiàn)有平面微納光學(xué)透鏡普遍存在的共性瓶頸是：透鏡的帶寬、焦深與數(shù)值孔徑之間存在突出矛盾，隨著數(shù)值孔徑的增大，透鏡聚焦焦點(diǎn)減小的同時(shí)其色散顯著增強(qiáng)，透鏡焦深也隨之大幅壓縮。因此，如何實(shí)現(xiàn)一種同時(shí)滿(mǎn)足消色差、遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨、大焦深且可低成本、晶圓級(jí)制造的高數(shù)值孔徑的平面光學(xué)透鏡是當(dāng)前研究的關(guān)鍵難題，亟需以滿(mǎn)足其在超分辨顯微鏡關(guān)鍵裝備中不斷升級(jí)的成像與檢測(cè)需求，新一代“完美透鏡”革命蓄勢(shì)待發(fā)。
近日，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院微系統(tǒng)工程系與香港城市大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院合作在平面超分辨多色立體顯微成像研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Super-resolution multicolor fluorescence microscopy enabled by an apochromatic super-oscillatory lens with extended depth-of-focus”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊Nature Communications上。我校苑偉政教授與虞益挺教授聯(lián)合培養(yǎng)的博士后李文麗為該論文的第一作者，機(jī)電學(xué)院與寧波研究院為第一作者單位。虞益挺教授與雷黨愿副教授為本文的通訊作者。
（文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40725-9）
圖1多焦點(diǎn)拼接延長(zhǎng)焦深及多波長(zhǎng)復(fù)消色差可控優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
針對(duì)光學(xué)透鏡在帶寬、視場(chǎng)與分辨率之間存在的突出瓶頸，本工作以平面超振蕩透鏡為研究對(duì)象，提出多焦點(diǎn)拼接延長(zhǎng)焦深及多波長(zhǎng)復(fù)消色差可控優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（如圖1所示），該方法在縱向上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)聚焦，形成了數(shù)值孔徑0.76、三個(gè)入射波長(zhǎng)（488nm/532nm/640nm）下的焦深均大于10λ的光針光場(chǎng)，處于世界領(lǐng)先水平。通過(guò)藍(lán)、綠、紅三束遠(yuǎn)場(chǎng)光針光場(chǎng)的重疊，實(shí)現(xiàn)多色超分辨立體顯微成像，在428μm焦距下的聚焦效率為11.2%，超過(guò)了文獻(xiàn)的結(jié)果。通過(guò)分辨率標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，我們展示了所開(kāi)發(fā)的平面超振蕩透鏡在熒光顯微鏡上的應(yīng)用，用于無(wú)標(biāo)記成像，在連續(xù)掃描下，空氣中遠(yuǎn)場(chǎng)分辨率極限為0.3λ（入射波長(zhǎng)488nm）。并對(duì)微納加工的三維楔形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了立體掃描成像（如圖2所示），與商業(yè)化倒置顯微鏡及共聚焦顯微鏡相比，可對(duì)一定厚度的樣品進(jìn)行清晰成像。
圖2 三維微納楔形結(jié)構(gòu)立體成像效果對(duì)比
圖3 熒光標(biāo)記神經(jīng)元細(xì)胞的多色熒光三維成像
此外，本研究首次展示了熒光標(biāo)記神經(jīng)元細(xì)胞的多色熒光三維成像（如圖3所示），優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需多次掃描即可完成不同深度樣品信息的獲取，最終突破經(jīng)典光學(xué)理論中帶寬、視場(chǎng)與分辨率之間的固有矛盾，獲得了高數(shù)值孔徑透鏡下的大視場(chǎng)、消色差、長(zhǎng)焦深遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨聚焦，有望為國(guó)產(chǎn)化高端顯微成像系統(tǒng)提供底層硬件解決方案，推動(dòng)我國(guó)高端顯微成像系統(tǒng)自主研發(fā)進(jìn)程。
本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上基金、青年基金，中國(guó)博士后基金面上基金、寧波市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。虞益挺教授課題組多年來(lái)深耕微納光學(xué)成像傳感領(lǐng)域，針對(duì)該方向已在Nanoscale、Information Fusion、Advanced Optical Materials、Microsystems & Nanoengineering、Opto-Electronic Advances、Optics Letters、Optics Express等國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表多篇研究論文。
西北工業(yè)大學(xué)MEMS芯片與智能微系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)是由我國(guó)MEMS領(lǐng)域的開(kāi)拓者苑偉政教授領(lǐng)銜，緊密結(jié)合西工大“三航”特色，在航空航天特種MEMS芯片制造、微納慣性敏感機(jī)理與器件、先進(jìn)流動(dòng)測(cè)控等方面處于國(guó)際先進(jìn)水平。獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，國(guó)家教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)一等獎(jiǎng)8項(xiàng)。
（審核：常洪龍、虞益挺）
