激光与光电子学进展激光与光电子学进展
Vol.42
，
No.10
Oct.2005
第
42
卷
，
第
10
期
2005
年
10
月
收稿日期
: 2005-03-11
；收到修改稿日期:
2005-04-21
基金项目
:
国家重大基础研究
973(2002BC713808)
和国家自然科学基金
(60408007)
资助课题
。
作者简介
:
陈文霞
，
上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在读硕士研究生，主要从事超高分辨率光学成像研究
。
摘 要 远场光学显微镜受衍射极限分辨率的限制
，
而近场光学显微镜由于缺乏层析能力
，
则无法实现超分辨的三维成
像。研究了既可突破远场光学显微术的衍射极限分辨率又可实现三维成像的成像技术
——
—
受激发射损耗
(STED)
，综述了
STED
的分辨率与
STED
光的光强、延迟时间、光斑空间分布等主要参数的关系
，
以及该技术的最新进展和应用前景
。
关键词 分辨率 衍射极限 受激发射损耗 时间特性 空间特性
BreakingThroughthediffractionlimitoffar-fieldOpticalmicroscopy
bystimulatedemissiondepletion(STED)
CHENWenxiaXIAOFanrongLIULiWANGGuiying
(ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics
，
theChineseAcademyofSciences
，
Shanghai 201800)
Abstract Theresolutionoffar-fieldmicroscopyislimitedbythediffractionlimit
，
whilenear-fieldmicroscopy
lacksthesectionalfunctiontoimage3Dpictures.Theimagingtechnologycalledstimulated-emission-depletion
(STED)whichbreaksthroughthediffractionlimitoffar-fieldopticalmicroscopyandimplements3Dimagingisstud原
ied.TherelationshipsbetweentheSTEDresolutionandtheintensity
，
delaytimeandthespatialdistributionofthe
STEDpulsesaresummarizedandthenewadvancesandtheapplicationprospectofSTEDmicroscopyareintroduced.
Keywords resolution diffractionlimit stimulatedemissiondepletion temporalcharacteristic spatialcharac原
teristic
利用受激发射损耗(STED)显微术突破远场衍射极限
陈文霞肖繁荣刘力王桂英
(
中国科学院上海光学精密机械研究所，上海
201800)
1
引言
远场光学显微术的空间分辨
率受限是一个非常突出的物理问
题，它极大地影响了其他学科的发
展
，
特别是在生物学领域
，
因为迄
今为止远场光学显微术仍是显示
细胞内部三维结构的唯一方法
。光
学 显 微 成 像 系统的分辨率受光学
衍 射 的 限 制 这种现象是
Ernst
Abbe
于
1873
年发现的
，
即当物体
之间的距离小于光波长的三分之
一时将无法分辨，因为这已经达到
了衍射理论的最小聚焦光斑尺寸
[1]
。根据衍射理论，显微镜的聚焦光
斑尺寸 D
x=[
l
/(2nsin
a
)]
，因此减小
波长和增大孔径角都能减小聚焦
光斑尺寸。
但是
这种方法存在缺
陷，因为当波长 l
<350nm
时
，
光无
法在活细胞内成像
；
而且在技术
上，透镜的半孔径角只能达到
70毅
，
有限的孔径角导致分辨率降低。
尽
管共焦和多光子荧光显微镜的出
现可以实现三维成像
，
但这两种方
法也没有真正大幅度地提高分辨
率
。
共焦显微镜两次用到物镜聚
焦，一次是将样品激发光在样品中
聚焦，一次是将发射的荧光聚焦到
点探测器，聚 焦 处两个光阑小孔相
对于物镜焦平面是共轭的，分 别 起
到了点光源和空间“门”的作用。探
测器前的小孔可以有效地抑制旁
瓣与噪声
，
提高信噪比
，
所得的分
辨率略高于衍射极限
[2]
。而多光子
吸收虽然主要发生在聚焦光斑的
中心
，
由于多光子激发需要较长的
波长
，
损害了激发区变窄的效果
。
此外
，
多光子荧光还需要很高的激
发光强。
在
最佳情况下
，
上述的聚
焦显微 镜 在 焦平面上只能分辨
180nm
， 沿 光 轴 仅 能 分 辨
500~
800nm
[3]
。
因此，近场光学显微镜放弃利
用聚焦点扫描成像的概念，为了将
光与样品的作用限制在亚衍射尺
寸，近场显微镜使用超小探针或大
51
资源评论
