相干空间门控显微镜：迈向生物细胞的深层组织相位成像

高分辨率光学显微镜在散射介质中对比度低，因为多重散射波掩盖了用于成像的弹道波。为扩展成像深度，人们设计了多种门控操作——共焦、相干与偏振门控——以滤除多重散射波。然而这些门控方法并不完美，因为它们都作用于位于散射介质之外的探测平面。在此，我们提出一种称为“空间”门控的新门控方案，其在散射介质内部的目标平面直接抑制多重散射波。具体而言，我们将一个 30 $\mu$m 宽的声学焦点引入目标平面，并仅利用由声光相互作用调制的弹道波重建相干图像。该方法使我们能够滤除现有门控方法无法过滤的多重散射波，并将弹道波与多重散射波之比提高 100 倍以上，所对应的散射介质厚度超过其散射平均自由程的 20 倍。利用基于空间门控的相干成像技术，我们展示了前所未有的成像能力——对完全嵌入散射介质中的光学透明生物细胞进行相位成像——空间分辨率为 1.5 $\mu$m。