這是一個很大的問題,我拋磚引玉吧
從我粗略的認識來看,這個問題至少涉及了3個諾獎
1999年的化學獎、2008年的化學獎、2014年的化學獎
時間和空間是光學非常重要的概念,有時候還可以相互轉(zhuǎn)化,這其實是兩種不同的技術路線
1. 空間分辨力
從空間角度講,又分近場和遠場
如果指分辨力J限,那一定是近場掃描顯微鏡NSOM,可以達到100nm以下,理論上就不存在分辨力J限。
如果是遠場,受到衍射J限的限制。通常分辨力用瑞利判據(jù)或者PSF的FWHM來評價,一般不會超過波長量級。2014年諾貝爾化學獎頒給了超分辨熒光顯微成像。之所以是化學獎,我個人認為,可能是由于在這個過程中借助了熒光分子,而不是純粹的物理手段實現(xiàn)的遠場超分辨。本質(zhì)上光學顯微鏡的超分辨,還是為了觀測活體樣品,如果是材料,用電鏡或者原子力顯微鏡可以達到遠超光學顯微鏡的分辨力水平。
PALM/STORM都是用時間換空間的技術,但是分辨力應該很難超過STED。STED需要很強的猝滅光,理論上猝滅光足夠強就可以達到足夠高的分辨力,但是也會伴隨著更強的光毒性和損傷。國內(nèi)席鵬老師應該是做的非常有影響力的,據(jù)我不完全了解,可以做到20nm以下的分辨率。另外比較強勢的應該是,Stefan Hell大佬的MINFLUX,結(jié)合了STED、PALM、STORM的一些技術特點,可以達到10nm以下的分辨力。
以上大部分遠場超分辨依然需要借助熒光分子的標記,label-free的技術方法可能會有更廣泛的適用性。目前的話,看很多老師做的計算成像、四波混頻之類的工作,希望未來會有更廣闊的前景。
2. 時間分辨力
在空間分辨力部分,會看到很多用時間換空間的技術手段,實際上時間和空間就是可以相互轉(zhuǎn)化的。
換算成距離就是1納秒光傳播30cm,1皮秒光傳播300μm,1飛秒光傳播300nm。
我們很難去控制探測器采集fs時間尺度發(fā)生的事件,但是如果我們把兩個事件之間的時間間隔調(diào)控到不同的時間尺度,然后反復觀測,就可以得到在一段J短時間窗口內(nèi)發(fā)生的一些化學變化。一個fs對應300nm,也就是說,如果兩個脈沖光傳播的空間距離,可以控制在亞微米水平,就可以實現(xiàn)fs時間尺度內(nèi)現(xiàn)象的觀測。也就是泵浦-探測。除了fs以外,還會有阿秒物理,但是這種時間尺度的問題,就遠遠超出我的認知了。
除此之外,如果是超快成像的部分,可以看汪立宏老師、王立代老師的一些工作。能觀測到ps時間尺度的光的傳播。[1]
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參考:
^LU, YU. , WONG, Terence. TW. , CHEN, FENG. & WANG, LIDAI. (May 2019). Compressed Ultrafast Spectral-Temporal Photography. Physical Review Letters. 122. 193904 .