基于液晶空间微分器的三维微观形貌测量技术研究及其跨领域应用

研究人员针对透明样本无标记三维形貌测量中成本与效率难以平衡的难题，创新性地开发了基于液晶(LC)空间微分器的实时测量技术。实验证实该方法可实现99%横向精度和≈10 nm轴向不确定度的透明结构参数量化，其分辨率可通过高倍成像系统和大周期LC进一步提升。该技术兼具实时性、操作简便性和低成本优势，为工业质检、材料表征和生物成像等领域开辟了新途径。

　　

这项突破性研究展示了液晶(LC)空间微分器在微观形貌测量中的革命性应用。当携带物体信息（如字母"H"）的线偏振光束穿过液晶层时，两个圆偏振分量会发生反向位移，经过垂直偏振片后即可实现输入信号的空间微分，从而实时提取样本边缘特征（呈现空心"H"图案）。实验数据表明，该技术对透明结构的三维参数测量达到了99%的横向吻合度，轴向分辨率更是突破至约10纳米级。通过采用更高倍率的成像系统或增大液晶空间周期，还能进一步提升分辨率。与传统方法相比，这种基于液晶微分的光学测量方案展现出三大核心优势：实时动态检测能力、简易的操作流程以及优异的性价比。这些特性使其在工业精密质检、新型材料表征和高对比度生物样本成像等领域具有广阔应用前景，特别是为无标记透明生物样本的纳米级三维重构提供了全新解决方案。