关于超分辨率非线性超光谱成像技术的新研究

大邱庆北科学技术研究所（DGIST）物理与化学系教授李在东（Jae-dong Lee）和生物技术部主任金炫敏（Hyun-min Kim）等组成的学院-研究一体化研究团队开发了超分辨率非线性超光谱成像技术。

该方法是学院和研究部门联合研究的结果，相关研究论文发表在PhotoniX上。

现有的光学显微镜具有物理衍射限制。配备有使用入射波的光源的光学显微镜无法区分放置在小于光波长一半的物体或它们之间的距离。为了克服这些问题，已经进行了使用荧光材料作为入射波替代品的研究。然而，使用荧光材料引起的挑战，如光毒性和生物干扰，已成为挑战。

为了克服这些挑战，DGIST的学院-研究整合研究团队对使用聚焦控制方法将光学显微镜的分辨率降低到衍射极限以下范围进行了研究。特别是，生物技术部主任Hyun-min Kim在指导相关研究方面发挥了至关重要的作用，他不断研究一种降低聚焦尺寸的技术，以提高反斯托克斯拉曼显微镜的分辨率。

此外，研究团队利用了国家标准与技术研究所基于共聚焦技术解决聚焦控制问题的研究结果，这为新方法的发展做出了重大贡献。

在设计通过聚焦控制提高抗中风拉曼显微镜分辨率的方法的过程中，Kim与印度科学研究所（IISc）的Varun Ragunathan教授进行了合作研究。

在这项研究中，他们证实了应用不同的非线性光学现象（如和频产生）和小针孔的技术可以消除聚焦控制方法的聚焦模糊问题，并在平面上实现低于100纳米的横向分辨率。基于这些研究结果，他们在《工程光学与激光》上发表了一篇研究论文。

a 块状六方氮化硼（hBN）能量图上所示的非简并（ND）CARS过程，其中ω为910 nm，ω为1040 nm，ω为455 nm。b 来自hBN薄片的ND-CARS谱图。c ND-CARS对hBN薄片的功率依赖性。d ND-CARS对hBN薄片的极化依赖性。e 四波混合（ω，810 nm;ω，1040 nm;ω，405 nm;黑色）和ND-CARS（ω，910 nm;ω，1040 nm;ω，455 nm;红色）强度与hBN薄片厚度的关系。

该科研一体化研究组在Kim的研究成果的基础上进行了进一步的研究，开发了一种新技术，该技术也可应用于样品的横截面成像。当应用于六方氮化硼（hBN）纳米片时，开发的技术可以将横截面方向的分辨率降低近一半。

因此，该技术通过实现低于衍射极限标准的分辨率，促进了基于飞秒单位的界面或界面之间电子和分子振动动力学分析，这是以前无法实现的。该技术首次在相应领域引入，被认为是开发和分析量子级低维材料的突破性成就。

Jae-dong Lee表示：“这项研究具有重大意义，因为它开发了一种技术，可以通过使用hBN纳米片在极端环境中分析相当薄的组件内的高速电子。”

他补充说：“这一成就之所以能够实现，得益于基于学院和研究部门的DGIST学院-研究共同成长项目的系统建立，如UGRP、URP和研究生院实习项目。我们期待通过学院-研究整合研究继续取得重大成果。”

这项研究是在韩国国家研究基金会的支持下通过职业生涯中期研究员计划进行的。目前就读于物理与化学系综合MS和博士学位课程的学生Gwan-jin Lee担任该研究论文的第一作者。

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