郑传建，杨德隆，张韶辉，胡 摇，郝 群

（北京理工大学 光电学院，北京 100081）

1 引 言

生命之美源于细胞结构与行为的复杂多样性。判天地之美，析万物之理，人类探索世界规律的脚步从未停止。得益于16世纪末显微镜的诞生，人类可以通过显微镜观察和理解微观世界，但想要深究生命的奥秘，显微镜就必须能够观测更加精细的微观结构，例如尺度在几纳米到几百纳米的细胞器和生物大分子。不幸的是，阿贝衍射理论［1］早已确定传统显微镜的衍射分辨率极限为200 nm，远远低于生命科学的观测需求。如今，显微成像技术不断革新，发展成为了生物医学、生命科学和工业检测等领域不可或缺的重要工具。但是，传统显微镜“所见即所得”的成像模式并没有发生根本性的变革，在面对现代科学研究所提出的实时超分辨成像［2］和高通量成像［3］等要求时，传统显微镜显得愈加无能为力，尤其在以下两个方面：

（1）难以实现大空间带宽积成像。空间带宽积是用于表征系统传输信息能力的物理量［4］，可以用成像视场内能够分辨的最多像元数来表示。为了提高显微系统的信息传输能力，就要提高成像分辨率或扩大成像视场。2014 年诺贝尔化学奖授予了光激活定位显微术（Photo Activated Localization Microscopy，PALM）和受激发射损耗显微术（STimulated Emission Depletion，STED）两项超分辨率荧光显微技术［5］，可见高分辨率显微成像对人类科学技术发展的重要推动作用。但是，因为显微镜分辨率与成像视场之间的固有矛盾，在提高分辨率的同时，成像视场将减小，使得传统显微镜的空间带宽积难以提升，停留在百兆数量级。……