利用拉盖尔 - 高斯模式进行实验性 3D 超定位
量子物理
2023-12-25 v1 光学
摘要
提高三维 (3D) 定位精度对于超分辨成像至关重要。通过适当设计点扩散函数 (PSF)，例如利用拉盖尔 - 高斯 (LG) 模式及其叠加，可以增强 3D 定位精度的终极极限。然而，实现这些极限具有挑战性，因为它通常涉及复杂的检测策略和实际限制。在这项工作中，我们在多参数估计框架中严格推导了 LG 模式及其叠加（特别是旋转模式）的终极 3D 定位极限。我们的研究结果表明，实现 LG 模式 3D 超定位所需的大部分信息可以通过可行的强度检测获得。此外，当方位角指数 为零时，可以实现 3D 终极精度。为了提供原理验证演示，我们开发了一种迭代最大似然估计 (MLE) 算法，该算法考虑了像素化和探测器噪声，收敛于点源的 3D 位置。实验实施表明，与高斯模式相比，使用 LG 模式时横向定位精度提高了高达两倍，轴向定位精度提高了高达二十倍。我们还展示了旋转模式在近焦区域内卓越的轴向定位能力，有效克服了单 LG 模式遇到的限制。值得注意的是，在存在现实像差的情况下，该算法稳健地达到了 Cram\'{e}r-Rao 下界。我们的发现为评估和优化可实现的 3D 定位精度提供了有价值的见解，这将促进超分辨显微镜技术的进步。
引用
@article{arxiv.2312.11044,
title = {Experimental 3D super-localization with Laguerre-Gaussian modes},
author = {Chenyu Hu and Liang Xu and Ben Wang and Zhiwen Li and Yipeng Zhang and Yong Zhang and Lijian Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.11044},
year = {2023}
}