日前，中国科学技术大学物理学院光电子科学与技术安徽省重点实验室张斗国教授课题组提出并实现了一种基于矢量光场调控原理的动量空间偏振滤波器件。将该滤波器件安装于传统无标记光学显微镜的出射端，它可以对出射光场的背景噪声进行高效抑制，进而采集到单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比光学显微图像。研究成果以“Cascaded momentum-space-polarization filters enable label-free black-field microscopy for single nanoparticles analysis”为题在线发表在综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

单个纳米尺度物体，如超细大气颗粒物，金属/介质纳米粒子、生物分子等的物理化学特性及其演化过程与运动行为的精准表征，对于理解和最终控制纳米尺度物质的性质和功能至关重要，在基础科学研究与工业应用方面均具有重要的意义。无标记光学显微成像技术由于其特有的无损、非侵入、快速探测特性，一直以来被广泛应用于微观物体的成像与传感研究。但对于空气中单个纳米尺度物体来说，其光散射强度随其粒径呈6次方的衰减关系，因此其散射光信号强度远弱于背景噪音，从而导致常规无标记光学显微镜难以实现单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比成像，更难以实时记录其演化过程和运动轨迹。

    为了解决这个问题，张斗国教授课题组设计并实现了一种动量空间偏振滤波器件（图1a所示,由偏振片Pi与涡旋半波片Vi组合而成），它可在动量空间进行矢量场偏振调控，大幅度过滤、抑制各类背景噪声，只有单个纳米尺度物体的光散射信号能透过该滤波器件，被探测器采集到，从而实现了单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比的成像探测 (无需图像后处理，实时呈现单个颗粒物的无标记、宽场光学像)。