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光学成像技术的发展与研究一、光学成像的基本原理光学成像是通过光线的折射和反射来实现对物体进行成像的一种技术，其基本原理是利用光线从物体上反射或透射出来的信息，通过透镜等光学元件对其进行聚焦，最终形成可见的像。
在光学成像中，对物体进行成像的主要元件是透镜，而光线的传播和折射则符合斯涅尔定理和折射定律。
二、光学成像技术的发展历史1. 早期光学成像技术早期的光学成像技术主要是通过凸透镜的使用来进行的。
公元前三世纪，希腊学者欧几里得便开始研究透镜的光学性质，并在《几何原本》一书中系统阐述了光学成像的基本原理。
此后，一些伟大的科学家如贾凡尼、开普勒等逐渐发展完善了透镜和成像技术。
2. 现代光学成像技术20世纪初，人们发现通过添加人工止动装置可以减少透镜对焦时的抖动，从而提高成像质量。
此外，还出现了凸透镜的宽孔径设计，通过增加透镜的口径、缩小焦距来提高光通量，增大成像视场和对焦深度。
这些改进使得现代光学成像技术从一个单纯的理论研究变成了具有广泛应用价值的技术。
三、光学成像技术的研究进展1. 光学超分辨成像技术超分辨成像技术是一种将物体的细节描绘得更加清晰的成像技术。
对于传统成像技术来说，由于受限于衍射极限，难以描绘出物体的微小细节。
而超分辨成像技术则通过研究光的相位信息和特定算法，成功实现对物体细节进行高分辨率、高精度、高信噪比的成像。
2. 光学压缩成像技术光学压缩成像技术是一种将成像的三维信息压缩成平面图的高效成像技术。
该技术是基于哈达玛变换的，可以对多维信息进行高效压缩和恢复。
该技术的广泛应用包括医学成像、无人机成像等。
3. 光学计算成像技术光学计算成像技术是一种利用计算机算法来进行复杂光学成像的技术。
该技术通过射线跟踪、波前重构等算法，可以实现对多层透明样本的三维成像。
此外，光学计算成像技术还可以用于光学薄膜及光纤传输等领域。
四、光学成像技术的应用1. 医学应用在医学领域，光学成像技术被广泛应用于影像诊断、手术导航及人体显微镜成像等。
sim超分辨成像原理
SIM超分辨成像是一种先进的成像技术，其原理是通过使用特定的成像模式和算法，在传统的光学显微镜中突破了分辨率的限制，从而获得更高分辨率的图像。
下面我们将从几个方面详细介绍SIM超分辨成像的原理。
首先，我们需要了解的是，传统的光学显微镜受到光的波动性质的限制，其理论分辨率被限制在大约λ/2NA，其中λ是光的波长，NA是物镜的数值孔径。
然而，SIM超分辨成像技术通过使用特殊的光照明模式和图像处理算法，成功地突破了这一分辨率限制。
其次，SIM超分辨成像的关键在于使用所谓的结构照明。
这种照明模式可以生成多个不同相位和方向的照明图案，这些图案穿过样品后被传统的显微镜成像。
由于不同图案之间的差异，我们可以从多个角度获取样品的结构信息，从而获得更高的分辨率。
此外，SIM技术还利用了图像处理算法来进一步增强所获得的图像。
这些算法可以对从多个照明图案中获得的图像进行复杂的数学运算，从而提取出更多的结构信息。
通过这种方式，SIM技术可以显著提高光学显微镜的分辨率，使其远远超过传统的限制。
总之，SIM超分辨成像的原理是通过使用特殊的结构照明模式和先进的图像处理算法，在传统的光学显微镜中实现了分辨率的突破。
这种技术可以为我们提供更高分辨率的图像，从而帮助科学家更好地理解和解析微观世界。
各种超分辨显微技术的比较分析超分辨显微技术是一类用于提高显微图像分辨率的技术，可以明确地观察到微观物体的结构和特征。
目前，常见的超分辨显微技术包括激光共聚焦显微术、结构光显微术、近场光学显微术和电子显微术。
下面对这几种技术进行比较分析。
激光共聚焦显微术（Laser Scanning Confocal Microscopy，简称LSCM）是一种常用的超分辨显微技术。
它采用激光束照射样品，并通过透镜系统聚焦到样品上，然后利用光电二极管收集样品发出的荧光信号。
LSCM具有非常高的纵向分辨率和优秀的剖面分辨率。
然而，它的成像速度较慢，不适合动态观察。
结构光显微术（Structured Illumination Microscopy，简称SIM）是一种基于光栅投射的超分辨显微技术。
它利用投射在样品上的结构化光源，通过对三个不同方向的图像进行模拟，从而提高图像的空间频率。
SIM有较高的分辨率和快速成像速度，但受到光源强度的限制，无法观察深层组织。
近场光学显微术（Near-field scanning optical microscopy，简称NSOM）是一种基于纳米探针和光学信号的超分辨显微技术。
NSOM利用纳米探针在样品表面附近感应电场和荧光信号，通过扫描来获取样品的小尺度光学信息。
NSOM具有非常高的侧向和纵向分辨率，可以实现纳米级的分辨能力。
然而，纳米探针的制备和操作较为复杂，限制了该技术的应用范围。
电子显微术（Electron Microscopy，简称EM）是一种通过电子束成像的超分辨显微技术。
EM主要包括透射电子显微术（TransmissionElectron Microscopy，简称TEM）和扫描电子显微术（Scanning Electron Microscopy，简称SEM）。
TEM利用电子透射样品并通过透射电子来重构样品的高分辨图像。
SEM则通过扫描电子束扫描样品表面，并获取像素级的图像。
衍射极限艾里斑分辨率全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：衍射极限艾里斑分辨率（Diffraction-limited resolution）是光学成像领域一个非常重要的概念，它代表着在理论最佳条件下，光学系统能够实现的最小分辨距离。
衍射极限艾里斑分辨率是由法国物理学家艾里斑（Joseph von Fraunhofer）提出的，他通过研究光线在开放孔径中衍射的现象，得出了衍射极限分辨率与波长和孔径大小之间的关系。
光学成像系统在进行成像时会受到衍射的影响，即光线通过光圈或孔径时会发生衍射现象，从而导致成像细节的模糊。
根据艾里斑理论，光学系统的分辨率受到波长和孔径大小的限制，即分辨率越高，波长越短，孔径越大。
当达到衍射极限艾里斑分辨率时，光学系统将不再能够准确分辨出比这个距离更小的物体细节。
在实际应用中，衍射极限艾里斑分辨率是光学系统设计和优化的重要参考依据之一。
通过精心设计光学系统的波长和孔径，可以有效提高系统的分辨率，从而获得更加清晰和精准的成像效果。
衍射极限艾里斑分辨率也在生物医学成像、天文观测等领域发挥着重要作用，帮助科研人员更好地观测和研究微小物体的结构和性质。
除了光学系统设计外，人们还通过其他优化手段来突破衍射极限艾里斑分辨率，例如超分辨成像技术。
超分辨成像技术是近年来兴起的一项前沿技术，它通过特殊的成像算法或设备，能够实现超越传统衍射极限分辨率的成像效果，提高成像的清晰度和准确度。
这种技术的出现为光学成像领域带来了革命性的变革，推动了科学研究和工程应用的进步。
在未来，随着科技的不断进步和创新，人们对于衍射极限艾里斑分辨率的研究将继续深入，优化光学系统的设计和应用，推动超分辨成像技术的发展，拓展成像领域的边界。
衍射极限艾里斑分辨率作为光学成像领域的基础理论之一，将继续发挥着重要的作用，为科学研究和工程应用提供可靠的支持。
衍射极限艾里斑分辨率是光学成像领域的重要概念之一，它代表着光学系统在最佳条件下能够实现的最小分辨距离。
结课论文题目突破衍射极限得超高分辨率成像得技术进展学生姓名学号学院专业班级二〇一五年十二月一引言1.1选题意义光学显微成像具有极为悠久得历史,但一直以来，光学成像一直受到衍射极限得限制而分辨率无法突破２0０nm.后来虽然有了电子显微镜、核磁共振显像、x光衍射仪等微观观测或者显像设备,但就是使用光学显微镜可以在活体状态下观察生命体使得其在生物、医学观察方面仍有巨大优势。
值得庆贺得就是近年来，超高分辨率显微技术得发展使得光学显微成像分辨率达到了2０nm以下。
其中德国科学家Stｅfａn Helｌ、美国科学家ErｉｃＢetzig与Wiｌｌiam Mo ｅｒｎer因其在超高分辨率显微技术方面得突出贡献获得了2014年得诺贝尔化学奖。
在这篇文章中，我们就简要介绍一下超高分辨率显微技术得发展与应用,并对诸位大师致以敬意.1.2 技术指标显微技术成像优劣一般通过X-Y 平面分辨率与Ｚ轴分辨率大小来判定,分辨率越高数值越小.下表就是各种显微成像技术得分辨率指标。
二 衍射极限2、1 衍射极限我们能瞧到什么?瞧到多小得范围?瞧得有多清楚？几百年来,依靠不断进步得科学手段，微观世界正一层层揭开面纱，让人们可以瞧得越来越“小”,进而可以进行研究。
人得肉眼能分辨0、１毫米尺度得物体，再小，就要借助工具。
1665年，英国科学家罗伯特·虎克制造了第一台用于科学研究得光学显微镜,用它观察薄薄得软木塞切片。
虎克瞧到了残存得植物细胞壁，它们一个个像小房间一样紧挨在一起,这就就是“细胞”一词得由来。
此后，显微镜制造与显微观察技术得迅速发展,帮助科学家第一次发现了细菌与微生物。
那么,光学显微镜就是否可以无止境地“放大"下去，让我们想瞧到多小就能瞧到多小？科学家为成像技术 Ｘ-Ｙ平面分辨率(ｎm) Z 轴分辨率(n ｍ) 普通光学显微镜 2０0－30０ 5０0—７0０4Pi 显微镜 1００-15０STED 显微技术 50—70 ST ＥD ＋４技术 50 50 ＰAL Ｍ技术 20 3０ 3D ST ＯＲM 技术 20—3０ 50—6０ ｄSTORM 技术 30 50 2D SSI Ｍ技术 ５0 3Ｄ SSI Ｍ技术 100 2０0 电子显微镜 ０、０5 X 光衍射仪 0、0３—10此做了很多尝试，最终发现,存在一道法逾越得“墙"—衍射极限.ﻫ 1873年，德国科学家阿贝提出了衍射极限理论：光就是一种电磁波,由于存在衍射，一个被观测得点经过光学系统成像后，不可能得到理想得点，而就是一个衍射像，每个物点就像一个弥散得斑,如果这两个点靠得很近,弥散斑就叠加在一起，我们瞧到得就就是一团模糊得图像。
光学显微镜的分辨率限制及应对策略光学显微镜是一种常用的科学仪器，被广泛应用于生物学、生物医学研究、材料科学等领域。
然而，由于光学显微镜的成像原理存在一定的物理限制，其分辨率在观察微观结构时受到一定的限制。
本文将重点讨论光学显微镜的分辨率限制及一些应对策略。
光学显微镜的分辨率限制主要受到两个因素的影响：衍射和散射。
根据衍射现象，当光线通过孔径较小的物体时，会出现衍射现象，从而导致图像的模糊。
而散射现象则是指光线在物体表面受到散射，导致图像的失真和模糊。
衍射限制是光学显微镜分辨率的主要限制因素之一。
根据衍射理论，光束通过一个小孔或孔径较小的透镜时，会在其后产生一系列的衍射光斑。
这种现象被称为Airy斑。
Airy斑的大小和形状取决于光束的波长和通过的孔径大小。
根据Rayleigh的判据，当两个图像中的极小值相距在一个Airy斑的半径之内时，这两个图像无法被分辨出来。
因此，光学显微镜的分辨率将受到波长和孔径的限制。
除了衍射限制外，散射也是光学显微镜的另一个分辨率限制因素。
当光线通过物体表面时，会与物体表面的颗粒、纹理等发生散射，导致光的传播方向发生改变，进而影响图像的清晰度和分辨率。
例如，对于生物样品中的细胞，细胞内的细小结构会造成光的散射，从而影响光学显微镜观察的细胞结构的清晰度。
针对光学显微镜的分辨率限制，科研人员提出了一系列的应对策略。
其中，超分辨显微镜技术是目前研究最为活跃和前沿的方向之一。
超分辨显微镜技术通过巧妙地设计和改进光学装置，克服了传统光学显微镜在分辨率方面的限制，实现了对生物样品中更细微结构的观察。
超分辨显微镜技术包括多种技术方法，如结构光显微镜（SLM）、刺激发射调制显微镜（STED）和单分子定位显微镜（SMLM）等。
这些技术方法的共同特点是在光学显微镜原有的基础上引入了额外的工艺或装置，以提升显微镜的分辨率。
例如，SLM利用结构光的干涉原理，将一束激光通过光栅或其他装置产生结构光，进而提高显微镜的分辨率。
光学显微镜技术改进方案概述：光学显微镜是科研、教学和工业中最常用的显微镜之一，它通过光学透镜系统观察和研究微观领域的物体。
然而，传统的光学显微镜在分辨率、深度、时间和样品准备等方面存在一些限制。
因此，改进光学显微镜技术对于提高显微镜的性能和功能具有重要意义。
一、提高分辨率光学显微镜的分辨率是一个关键指标，它决定了显微镜能够分辨的最小距离。
目前，传统的光学显微镜通常受到瑞利判据的限制，分辨率有限。
为了突破这一限制，可以采用以下改进方案：1. 超分辨显微技术：超分辨显微技术包括结构光显微镜、全息显微镜、双光子激发显微镜等。
这些技术利用复杂的成像算法和高分辨率的探测器，能够实现超分辨率成像，提高显微镜的分辨率。
2. 增加工作距离：传统显微镜由于光学透镜的工作距离有限，对样品的观察通常需要将样品压缩到薄片或使用高倍率的物镜。
改进方案可以使用长工作距离物镜或借助透镜组合从而提高工作距离，使得观察厚度较大的样品也具有高分辨率。
二、提高深度成像深度成像是光学显微镜的另一个关键问题。
传统的光学显微镜在观察三维样品时，只能对焦于样品表面附近的部分，而无法获得整个样品的清晰图像。
以下是提高深度成像的改进方案：1. 三维扫描：通过扫描样品的焦平面，获得样品不同深度的图像，然后利用计算机算法将这些图像组合起来，得到具有较大深度范围的三维样品图像。
这种方法可以大幅提高深度成像的能力。
2. 多焦段成像：改进显微镜设计，增加多个焦平面的探测器，可以同时获得不同深度的图像。
通过计算机算法将这些图像合成起来，可以获得高质量的深度成像结果。
三、提高时间分辨率传统的光学显微镜在观察生物过程等快速动态过程时，由于成像速度有限，往往无法捕捉到细节。
以下是提高时间分辨率的改进方案：1. 增加帧率：采用高速相机和快速数据传输技术，提高成像的帧率。
这样一来，显微镜可以更快速地采集到连续的图像序列，以全面记录和分析快速动态过程。
2. 光学激发技术：利用激光脉冲激发样品，观察样品在不同时间点的响应。
随机光学重建显微镜（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy，简称STORM）是近年来发展起来的一种超分辨显微镜技术，它通过结合光学显微镜和计算机图像处理技术，能够突破传统显微镜的分辨限制，使得用户在细胞内观察到更加清晰、细致的结构。
一、简介STORM技术最早于2006年由美国加州大学旧金山分校的Eric Betzig等人开发，并于随后不久被提出。
传统的光学显微镜受到瑞利判据的分辨限制，无法观察小于200纳米的细胞结构。
而STORM技术通过利用荧光标记和激活技术，使得发光的分子以随机的方式点亮，然后通过成像和分析软件对这些点进行还原和重新构建，从而实现了高达10纳米级别的分辨率，极大地改变了传统显微镜在生物领域的应用。
二、技术原理STORM技术的核心原理包括荧光探针、激活和成像。
利用目标分子特异结合结构的荧光探针标记细胞结构，之后通过激光激活这些探针，使其发光。
在一定时间内，不同的探针以随机的方式闪烁，并在成像过程中被记录下来。
通过成像和分析软件对这些点进行重新构建，即可得到高分辨率的细胞结构图像。
三、应用领域STORM技术在生物学研究领域具有广泛的应用前景。
它可以用于细胞器和生物大分子的定量和定位分析，例如细胞膜的蛋白质聚集、核酸序列定位等。
在病理学和药理学研究中，STORM技术也有着重要的应用，可以帮助科学家更加深入地了解疾病的发病机制和药物的靶向作用，为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
四、技术的发展随机光学重建显微镜技术虽然已经取得了很大的进展，但是在实际应用中还存在着挑战和难点。
在成像过程中，荧光探针的选择和激活技术需要进一步优化，以提高成像的效率和精度；另成像数据的处理与分析也需要更加精密的算法和软件支持。
未来STORM技术还有很大的发展空间，有望在生物医学领域发挥更加重要的作用。
随机光学重建显微镜技术是一项颇具潜力的超分辨显微镜技术，通过结合光学显微镜和计算机图像处理技术，能够提供细胞内更加清晰、细致的结构图像，为生物学研究和医学诊断提供了全新的可能性。
超材料在光学领域中的应用超材料是一种具有特殊结构的材料，其微观结构在几何、尺寸和物理性质上都具有优异的特点。
由于这些特殊性质，超材料在许多不同领域中都有广泛的应用，其中在光学领域中的应用尤为突出。
1. 超材料的概述超材料是一种由微小的、亚波长级别的结构组成的材料。
这些结构可以重复排列形成立体结构，或者沿着一定方向布置形成平面结构。
超材料通常包括金属和非金属两种材料，其结构可以通过纳米加工技术精细制备。
超材料在光学和电磁学等领域中的应用广泛，包括光学成像、光通信、光传感等。
2. 超材料在折射率调控方面的应用超材料在折射率调控方面的应用是目前研究最为深入的领域之一。
通过合理设计超材料的结构，可使得光在其内部具有与常规材料相比不同的传播方式和折射率。
超材料的折射率甚至可能为负数，这种现象无法在自然界中观察到。
超材料的这种特殊性质在光学应用中有广泛的用途，如光学元件、超透镜、非完美透镜的超分辨成像等。
3. 超材料在光学信号传输方面的应用超材料在光学信号传输方面的应用是另一个值得关注的领域。
超材料可以具有多种不同频率范围内的负折射率。
这一特性使得超材料成为制造高品质、高速率的光通信器件、激光和光存储器件的理想选择。
近年来也有不少这方面的研究，超材料在此方面的应用前景非常广泛。
4. 超材料在表面等离子体共振(SPR)传感器中的应用表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）传感器，是一种通过检测表面的等离子体共振效应来判断科学或生物样品特征的物理测量技术。
在这方面的应用中，超材料可以用于调节表面等离子体共振(Tunable SPR)传感器的反应性能，从而提高其检测的灵敏度和研究的准确性。
超材料的结构能够大幅增强磁场和电场的相互作用，从而使磁场和电场的经典效应的贡献量大幅增加，分辨率极高。
这项技术当前已经广泛应用在许多生物和化学检测领域中。
5. 超材料在光谱学中的应用由于自然材料的反射和发射的光谱带宽度有限且对特定波长具有某种阻挡作用，因此需要每种不同材料都要对应一套新的过滤器和检测器。
光学超分辨技术综述学号：SA14009025 姓名：邱金峰摘要：由于无论是源于人类本身对未知世界探索的渴望，还是现代工程技术的各种需要，对微观领域的高分辨率成像都是一个十分重要的研究方向，故本文对国内外光学超分辨技术研究的历史和现状做出综述是十分必要的。
一、背景及意义人类对未知领域的探索永远是促进科学进步的最强大动力。
在众多未知领域中我们身边的微观世界无疑是最令人着迷的。
在这一领域中既涉及到生物细胞、遗传基因这些关乎我们自身的重要元素，又涉及到分子结构、基本粒子这些构成我们关于物质知识的核心命题。
也只有对微观世界的深入研究才能让我们回答诸如什么是人类能够观测的最小尺度，宇宙是否存在物质的最小极限这样的物理学中的基本问题。
而研究往往始于观察，成像又是观察的最基本手段。
所以寻找对微观物质高分辨率成像的方法，制造对微观物质高分辨率成像的仪器，就成为了研究微观领域必不可少的首要一环。
正是推动科学本身进步这一要求，使科研人员不断地采用各种各样的技术革新来尽可能地提高观测系统的分辨率和有效信息获取量，并尽可能地重建和恢复原始自然图像，以满足人类对未知的微观世界知识获取的渴望。
另一方面，在技术层面上，随着许多新兴的超精密工程学的发展，人们提出了纳米级与亚纳米级分辨率成像的要求。
如在巨大规模集成电路（Giga ScaleIntegration circuits）制造中，已经开始使用32nm工艺，并且正在开发22nm工艺；在纳米技术的研究中，从上世纪七十年代，首先提出使用单分子作为电子器件开始，到现在研制中的各种微纳机电系统，各个研究对象的线度也都在数微米到几纳米之间；而在现代生物科技和现代医学技术的发展中，人们不但提出了对大生物分子在纳米级和亚纳米及三维成像的要求，甚至还希望能对活性样品进行动态检测和显微操作。
这就要求图像和数据同步、动态地显示在我们面前。
为达到以上要求，人们应用了光学、微电子、计算机、机械制造、信号处理等各个学科的最新成果，来制造先进的现代成像系统。
在这些现代成像系统中，又以现代光学成像系统，应用最为广泛。
现代光学成像系统除了具备简单高效、使用方便、造价相对较低等传统光学成像系统的特性外，还具有更高的时间和空间成像分辨率，突破了传统意义上的衍射成像分辨率极限。
而研究使光学成像系统突破衍射成像分辨率极限，获得高分辨率成像的相关方法也逐渐成为了一个独立的课题——光学超分辨技术。
光学超分辨技术又可以根据成像系统对物体反射或透射光场不同部分的成像作用分为近场光学超分辨技术和远场光学超分辨技术。
近场光学超分辨技术的主要思想是采用光纤探头等探测装置对物体表面进行扫描，探测物体表面的倏逝波并对其成像，已达到提高成像分辨率的目的。
远场光学超分辨技术则是在传统的光学显微成像系统的基础上应用光瞳滤波、共焦扫描、荧光显微技术以及其他各种频带展宽技术，实现成像分辨极限的突破。
二、历史与现状在研究光学超分辨成像技术时，就必须首先提到显微术。
超分辨技术在某种程度上可以认为是显微术发展的延伸。
在19世纪，人们主要利用透镜成像原理进行显微成像，在光源选择上，也基本只采用可见光（400nm-760nm ）。
随着光学理论的发展和对显微系统成像质量评价方法研究的不断深入，人们逐渐提出了分辨率的概念。
在各种分辨率的定义中，广为接受并沿用至今的一个就是瑞利（Rayleigh ）判据。
它是一种基于由瑞利和阿贝（Abbe ）提出的衍射分辨极限是由有限尺度光瞳决定的观点的两点分辨率标准。
它的内容是，一个具有圆形光瞳的衍射置限系统，对两个非相干点光源进行成像，若一个点光源产生的爱里斑强度图样的中心正好落在另一个点光源所产生的爱里斑的第一零点上，则认为这两个点光源之间的距离是这个成像系统能够分辨的最小距离。
根据瑞利的定义，可以证明在非傍轴情况下，这一最小距离可以表示为：0.61NAλδ= 其中，λ代表入射光的波长，NA 是光学系统的数值孔径。
因此为了提高光学系统的成像分辨率，当时人们在透镜结构设计和光源选择方面投入了大量的工作。
但即使利用近紫外线和大数值孔径的透镜成像，由于受远场衍射效应的影响，光学系统的分辨率仍不能突200nm 。
所以在很长一段时间里，建立在传统光学理论上的瑞利判据就被看做是光学系统成像的分辨率极限。
人们对这一极限是否可以被超越的思考和为突破这一极限而做的技术上的尝试，也在瑞利判距这一概念确立时同步开始了。
三、近场超分辨技术与采用短波非可见光成像相比，近场扫描成像是一种真正实现了超越衍射分辨极限的显微技术。
这一技术的实现原理是利用可探测某种物理量的扫描探针接近成像物体表面，当探针与成像物体间的距离发生变化时，相应的可探测的物理量也随之发生变化，再通过对变化的物理量进行记录，就可以利用计算机重构出反映物体表面情况的图像。
近场扫描成像概念的提出最早可以追溯到上个世纪 20 年代，但限于当时技术的水平，其一直没有得到很大的发展。
直到上世纪八 十年代，微电子学的蓬勃兴起，为实现近场扫描成像提供了必要的技术条件。
1982 年，扫描隧道显微镜（STM ）问世，使其成为了利用近场扫描成像概念产生的首款高分辨率成像设备。
正是由于这一革命性的创造，其发明者与电子显微镜的发明者分享了1986年的诺贝尔物理学奖。
除扫描隧道显微镜外，利用类似思想实现高分辨率成像的设备还有，扫描力显微镜(SFM)，原子力显微镜(AFM)，扫描近场光学显微镜(SNOM)，光子扫描隧道显微镜(PSTM)等等。
其中扫描近场光学显微镜和光子扫描隧道显微镜是通过检测物体表面非辐射场的倏矢波来实现成像的，属于典型的近场光学超分辨技术。
这种方法可以获得很高的空间分辨率，例如: 扫描近场光学显微镜的横向分辨率可以达到λ/20-λ/25，光子扫描隧道显微镜的横向空间分辨率可以达到 1nm ，纵向空间分辨率可达到约0.2nm 。
但以上技术对扫描探针和待测样品提出了相当高的要求。
如光子扫描隧道显微镜要求其光纤探针的尖端直径越小越好(直径越小，分辨率越高)，一般要求小于100nm ，间端轮廓角要在0060~90之间。
而且要求具有高度稳定的观察环境。
扫描近场光学显微镜由于对生物样品的灵敏度较低，须对观察样品进行染色，从而不能保持生物样品的活性。
另外，采用这类方法时还要面对扫描探针显微镜的价格昂贵，成像速度低，成像范围小以及对成像结果解释存在不一致等问题，而且该类技术是一种接触型测量技术，容易造成样品和探针的损伤。
四、远场光学超分辨技术可以看到，上述方法在获得高分辨率的同时，或多或少地丧失了传统光学成像技术的一些优点，如简单易行，可靠性高，成本低，速度快，不对样本产生任何损伤，以及对比机制运用灵活等等。
如果超分辨技术能够获得亚微米乃至纳米级的微观信息，而又不丧失传统光学成像技术的诸多优点，那么它的意义将是十分巨大的。
这种技术就是本文将重点研究的远场光学超分辨技术。
在通常意义下，远场光学超分辨技术指的是在远场光学成像系统中所采用的一系列技术上的手段。
通过对这些方法的应用，光学成像系统的成像分辨率可以超越经典衍射极限。
这些方法虽然在理论基础上有一定的关联，但它们研究时的出发点以及对光学系统改造的具体方式还是有所不同的。
在远场光学超分辨技术的研究中最具里程碑意义的就是 1952年由 Toraldodi Francia 提出的有限视场超分辨理论。
在这一研究中 Toraldo首次将超分辨天线概念引入到了光学领域。
并在总结前人的研究基础之上重申了噪声对光学衍射效应的影响。
他还具体描述了环形超分辨光瞳滤波器的设计方法，这些均对各种远场光学超分辨技术的产生和发展有着深刻的影响。
如以下技术：1、超分辨图像复原和重构技术：超分辨图像复原和重构技术是图像后处理技术中的一种，又被称为带宽外推。
它是对生成图像进行量化后，再使用数学方法进行处理，以提高图像分辨率的一种技术。
因此不涉及对光学系统进行任何物理上的改造。
2、基于傅里叶光学理论的超分辨技术：与瑞利观点相似，阿贝也认为光学成像系统的数值孔径是限制成像分辨率的重要因素。
不过阿贝的解释是基于对光学系统的频域分析而做出的。
根据傅里叶光学理论，对图像进行二维傅里叶变换之后，图像的细节对应着高频分量。
也就是说通过光学系统的带宽越高，最终的成像分辨率也就越高。
而光学成像系统因为孔径有限，可以看做是一个低通滤波器，只能传递有限带宽的空间频率，所以最终成像的分辨率也一定有限。
3、基于部分相干光理论的超分辨技术：瑞利的衍射分辨极限理论是建立在完全非相干光照明的基础之上的，这与瑞利本人所处的时代相关。
到了20 世纪，一方面，相干光学理论不断完善。
1938年泽尼克（Zernike）首次引进了光学相干度的概念，用以表述成像面不同位置处波面的相关性。
其后，Hopkins[36]，Born 和 Wolf对部分相干问题作了更系统的阐述。
对于特定成像系统，其相干性质可通过相干尺度与点扩散函数有效宽度的比较来确定。
对于处于不同相干状态的两点，其在像面的合成强度分布显然是不同的，也就是说相干状态与分辨率有关。
另一方面，光源的相干性也在不断提高，尤其是六十年代激光器的发明，令光学仪器装配的光源相干度越来越高。
在这一背景下 Diana Grimes 和 Brian Thompson 比较系统的研究了光源相干度对分辨率的影响。
他们给出了不同相干度下，两个点光源通过单透镜成像的一维光强分布。
4、变迹术实现超分辨：变迹术是一种通过改变光学系统的光瞳函数进而改变衍射像光强分布（点扩展函数）的方法。
光学成像系统光瞳函数的定义为入瞳面的透过率空间分布，或相对应出瞳面的透过率空间分布。
众所周知，对于一般的光瞳函数，光瞳内的空间透过率为 1。
光瞳之外的空间透过率为0。
因此，由于衍射效应，点物通过光学系统成像通常为一光斑。
光瞳若为圆孔，则成像为爱里斑；若为方孔，则成像为 sinc 平方衍射斑。
当在光瞳位置插入某些光学器件（光学掩膜、锥型棱镜、双折射晶体等）即可改变光学成像系统的光瞳函数。
这些器件就被称作光瞳滤波器。
光瞳滤波器的加入可以引起点扩展函数的变化主要有两种，一种变化是降低点扩展函数的旁瓣强度，以提高成像的对比度。
另一种变化就是减小点扩展函数主瓣宽度，以提高图像的分辨率。
参考文献：[1] 朱星. 近场光学与近场光学显微镜[J]. 北京大学学报(自然版), 1997, 33(3): 394-407.[2] 韩安云. 波前工程与光学超分辨[J]. 半导体情报, 1998, 35(3): 1 -17.[3] 玻恩, 沃尔夫著. 杨葭荪译. 光学原理[M]. 第七版. 北京: 电子工业出版社, 2009,402-406, 459-486.[4]丁志华, 田维坚, 包正康. 利用光强分布转换器件实现低能耗光学超分辨[J]. 光学学报,2000, 20(5): 701-706.[5] 古德曼著. 秦克诚, 刘培森, 陈家璧等译. 傅里叶光学导论[M]. 第三版. 北京: 电子工业出版社, 2006, 141-146.[6] 邓小强, 王桂英, 徐至展. 三维超分辨光瞳滤波器[J]. 中国激光, 2001, 28(5): 459-462.。
