DHM独特优势

38dbb6fd5266d01605236769922bd40735fa35bc[1]

数字全息显微镜相比其他显微术,有以下一些独特的优势:

数字自动聚焦

图4、DHM数字自动聚焦原理[4]

传统的自动聚焦都是通过机械方式调节焦距来寻找希望聚焦的像面。不同的是,在全息成像中,单张全息图即包含了全部像面的信息,可以理解为是多层像面的叠加,这样就允许通过数值算法在计算机上自动选取需要聚焦的像面,因此称之为数字自动聚焦[5] ,如图4所示。这项功能使得数字全息显微镜抓取图像速度极快,因为省去了机械扫描寻找聚焦像面的过程。记录下来的全息图也允许用户在后期处理时重新寻找聚焦像面,有报道称这种方法能提高分辨率和图像质量[6] 。

激光度量衡

光的波长是一种极其精确稳定的参照长度,早在1960年,国际单位制就已经使用氪86(氪的一种放射性同位素)的放射线波长作为长度度量衡的标准[7] 。数字全息显微镜利用干涉滤波产生的极其稳定的单色激光,以此波长作为度量衡测量微观结构,测量精度可以达到皮米级[8] 。

非扫描式显微

数字全息显微镜能够实现三维形貌的实时呈现,得益于它非扫描机制[1] 。抓取单张全息图的时间是由相机的快门速度决定的,因此数字全息显微镜能够轻松实现普通视频速率,比如30帧/秒。而利用超高速相机,甚至能达到1000帧/秒的抓取速率[9] 。

相移显微

有别于相差显微镜, 数字全息显微镜是基于独特的相移显微原理[1] 。光波在经过物体表面反射或者透过物体之后,受物体表面形貌或者是物体内部不同物质折射率的影响而产生相移,这样就携带上了物体的三维特征。

无须细胞标记

透明样品,比如说细胞,利用传统的相衬显微镜只能进行观测。透射式的数字全息显微镜记录光在经过细胞之后的相移信息,不仅能观测细胞,还能进行三维重建和量化分析,因此也被称为量化相衬显微法[1] 。细胞中的相移是由细胞内不同组织细微折射率的变化引起的,因此数字全息显微镜观测细胞无须对细胞进行任何标记,比如荧光染色,纳米颗粒或是辐射,这样不会对被观测细胞造成任何损伤或是外在影响[5] 

独特光路设计

和其他干涉技术一样,数字全息显微镜产生干涉的前提是两束光的光程差要小于相干长度。由于观测不同大小物体需要使用不同放大倍数的物镜,因此物光O的光程会因此改变。数字全息显微镜能根据不同物镜自动调节参考光R的光程,使得两束光的光程差总是符合产生干涉的条件,这种设计也使得各物镜下达到共焦的效果