[突破性进展| 新型扫描式定量相位显微技术SQSIM问世，彻底解决空间串扰难题] 青海大学&西安电子科技大学联合团队在《Optics Letters》发表重要成果！-高原医学研究中心

[突破性进展| 新型扫描式定量相位显微技术SQSIM问世，彻底解决空间串扰难题] 青海大学&西安电子科技大学联合团队在《Optics Letters》发表重要成果！

作者：时间：2025-09-08 点击数：

近日，青海大学医学院高原医学研究中心马英团队联合西安电子科技大学物理学院郜鹏团队，在光学领域权威期刊《Optics Letters》 (中科院二区，IF=3.5) 上发表了原创性研究论文，提出扫描式定量剪切干涉显微术（Scanning quantitative shear interference microscopy, SQSIM）！该技术成功攻克了传统定量相位显微镜在厚样品及复杂样品成像中的核心瓶颈——空间串扰难题！

研究背景：空间串扰——传统定量相位显微技术（QPM）的阿喀琉斯之踵

定量相位显微技术（QPM）作为一种高分辨率、高灵敏度的无标记检测技术，在生物医学和工业检测领域前景广阔。然而，现有主流QPM技术（如数字全息、光强传输方程、傅里叶叠层显微等）均采用宽场成像模式。这意味着整个样品被同时照明，导致每个探测点的信号都“掺杂”了邻近点及离焦平面的散射光贡献——这就是空间串扰问题。它严重降低成像对比度，产生图像伪影，影响检测精度。因此，消除空间串扰是提升QPM成像质量的关键！

现有扫描技术的困境

为解决空间串扰，科研人员曾提出多种扫描式QPM方案（如离轴扫描全息、Mirau干涉扫描、Nomarski/Wollaston棱镜方案）。然而，它们各有短板：

1. 稳定性差（易受外界干扰）

2. 兼容性低（难以耦合其他成像模式）

3. 系统复杂（需特殊物镜或精密棱镜匹配）

4. 图像处理繁琐（需去除单方向剪切伪影）

SQSIM：创新方案，一箭多雕！

马英-郜鹏团队提出的 SQSIM 技术，巧妙地结合了激光扫描照明与共路径逐点剪切干涉，从根本上解决了空间串扰问题，并规避了现有扫描技术的缺陷：

1. 无空间串扰：通过逐点扫描和点对点剪切干涉测量，彻底隔离相邻点信号干扰。

2. 超高稳定性：共光路干涉设计，对外界振动、扰动不敏感。

3. 卓越兼容性：无需特殊物镜或棱镜，可轻松耦合任意显微成像模式（如荧光、共聚焦），实现多模态成像。

4. 灵活易用：空间光调制器（SLM）可编程控制剪切方向与偏移量，适应不同物镜与样品。

5. 成像质量高：直接获得高质量定量相位图像，无需复杂图像处理去除伪影。

6. 高分辨率：实验验证横向分辨率达 0.98 ± 0.03微米，优于传统宽场QPM理论极限。

技术核心：巧妙光路设计

SQSIM系统（原理见图1）利用SLM在样品面生成一对横向错开的聚焦点扫描样品。两焦点携带的样品信息被物镜收集，经SLM再调制后，在相机靶面相干叠加，实现逐点剪切干涉。结合基于SLM的相移操作（0, 0.25π, 0.5π,以及0.75π）及Frankot-Chellappa算法，即可精确重建样品相位分布。

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图1 SQSIM原理图。 (A)三维结构示意图；(B)光路传播图。

实验验证：性能卓越！

1. 有效性验证：成功演示了点对点剪切干涉过程，证实了核心机制。

2. 模拟对比：与传统宽场定量DIC (WQDIC) 相比，SQSIM 完全消除了空间串扰引起的伪影，显著提升图像质量和对比度。

3. 实物成像 (图2)：在半导体晶圆样品上，SQSIM成像效果远超基于LED和激光的WQDIC：

o 清晰揭示细微表面结构，细节可见度高；

o 横向分辨率为0.98 ± 0.03微米，超过WQDIC的理论分辨率（1.63微米）；

o 无激光WQDIC的散斑噪声；

o 成像对比度远优于基于LED的WQDIC；

o 轻松重建样品三维形貌。

4. 生物样本应用 (图3)：成功对大鼠7微米厚的下颌下腺组织进行高对比度、无伪影的定量相位成像，清晰分辨约1.3微米的精细结构（如斑点、细丝）。

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图2半导体晶圆成像性能对比。 (A) 同一区域三种成像方式对比示意图（左：LED-WQDIC；中：SQSIM；右：Laser-WQDIC）。(B)-(D) 是图(A)中白色方区域的放大图，其中，(B) 是SQSIM，可以高对比度成像，清晰揭示表面微结构；(C)是LED-WQDIC，空间串扰导致结构模糊；(D)是Laser-WQDIC，散斑噪声掩盖样品细节。(E) 是图(B)和(C)中蓝色和橙色线的相位分布对比。(F) 基于SQSIM数据重建的硅晶圆三维形貌。

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