显微成像技术
显微成像技术是人类探索微观世界的基础工具。我们一直致力于利用各种光学手段，解决现有技术在空间分辨率上的不足。
光谱成像技术
光谱成像技术同时探测目标的几何空间及光谱信息，被广泛应用于食品安全、医学诊断、航天领域等领域。通过建立光谱与空间、时间、物质信息的联系，我们正在为三维形貌表征和物质鉴定提供新手段。
计算成像技术
计算成像技术是传统光学成像技术的有力补充。将深度/机器学习算法与硬件相结合，我们开发的新工具将拓展原有方法的视界。显微成像技术
Microscopy
超分辨显微成像技术
如何提高显微镜空间分辨率是本课题组最早的也是目前仍在致力于推进的研究方向。由于光是一种电磁波，其波动性所导致的衍射极限现象（Diffraction Limit）使得显微镜的空间分辨率无法无限缩小。与此同时，在生物学和医学研究中，在分子层面观察亚细胞器的三维形貌及其动态已成为了一个迫切的需求。为了解决上述问题，课题组主要致力于两种技术的开发：
- 受激发射损耗显微术（STED）：利用荧光非线性效应，通过额外的强激光迫使荧光染料分子进行受激发射态并发射探测窗口以外的光，从而缩小系统有效点扩散函数尺寸。课题组进一步通过引进自适应光学和自适应照明技术，增加了成像深度、提高了系统的信噪比。
- 膨胀显微术（ExM）：通过凝胶填充、吸水膨胀的方式，扩大样品的几何尺寸，从而提高系统的实际分辨率。课题组将其与STED技术联用，结合小分子荧光探针技术，实现了三维亚10 nm分辨率。
其他显微成像技术
除了突破分辨率极限的工作之外，本课题组还在积极推进显微镜特别是共聚焦显微镜在更多领域的应用。目前，本课题组正在开展的项目还包括：
- 角膜共聚焦显微镜（CCM）：课题组与临床医院合作，致力于解决现有CCM成像速度过慢、病人不耐受的问题，打破国外垄断，造福于更多患者。
- 半导体表面/亚表面的缺陷检测（DI）：课题组与国内精密光学仪器公司合作，致力于解决半导体生产领域缺陷检测精度不高的问题，实现进口替代。
光谱成像技术
Spectroscopy
基于深度学习的高光谱成像技术
由于空间带宽积的限制，光谱成像领域长期存在着空间、时间和光谱分辨率难以兼顾的矛盾。为解决上述问题，课题组将随机光谱滤波技术和神经网络技术相结合，提出了宽带随机编码（BEST）高光谱成像技术。基于该技术的高光谱相机集成度高、重量轻，非常适用于遥感、便携终端等体积重量受限的领域。同时，BEST技术也非常适用于与显微成像技术相结合，利用较少的探测路实现多色成像。
计算成像技术
Computational Optics
基于矢量衍射理论的光学仿真
由于几何光学近似在存在大倾角光线的场合不适用，因此，基于衍射理论进行光学设计和仿真，是大数值孔径成像光学系统、AR/VR等场景的必然选择。课题组在此方向上的工作，既包含对于整个光学系统中光传输的模拟，如离轴大角度聚焦的精确计算；也包括对于一些数学基本问题，如基于矩阵的积分近似、非对称采样、迭代收敛等的研究。课题组尤其对于数值仿真加速颇有心得，并正在引入包括人工智能在内的各种新型数学计算模型和方法。
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