学现代工程与应用科学学院的李涛教授与祝世宁院士的研究组近日在光学成像领域取得了突破性进展，成功研发出一种基于色散超构透镜的定量相位成像高集成超构显微镜，实现了定量相位成像的无机械移动变焦。 该研究成果以“Quantitative phase imaging with a compact meta-microscope”为题于2024年4月8日发表在《自然》杂志社新刊发的npj Nanophotonics上，标志着小型化定量相位成像系统和新技术应用的突破。 据了解，超构表面是通过亚波长结构单元的薄层结构实现对光的振幅、相位和偏振的任意调控，是目前最具吸引力的平面光学器件。而超构透镜是其中极具潜力的功能器件。研究团队多年来致力于超构透镜的应用研究，在这一领域取得了多项突破性的成果。例如2019年研究组就已实现超构透镜光谱层析成像。 本项研究基于光传输强度方程(TIE)技术，利用超构透镜自身色散的波长扫描获得变焦，无需任何机械移动即可采集高精度TIE相位成像，并在微透镜阵列、透明生物样本等样品上验证了该显微镜的定量相位成像效果。 超构透镜作为超轻超薄元件，具有高衍射效率，能实现波长变焦和高精度TIE相位重建，如微透镜阵列的定量相位成像。该显微镜利用超构透镜的波长扫描功能，采集多幅过焦点图像，通过TIE技术重建出高精度相位信息，适用于透明生物样本的成像，尤其在低光毒性、操作简便的无标记显微成像领域有潜力。研究团队通过AFM测量和远场衍射验证了重建相位的准确性，对Hela细胞和4T-1细胞的相位成像展示了应用潜力。 该研究不仅简化了系统设计，缩小了体积，实现无机械移动的定量相位成像，提高系统便携性，还展示了在生物细胞成像中的可行性，为小型化定量相位成像系统和相关技术的广泛应用打开了新途径。
