Optical scattering poses a significant challenge to high-resolution microscopy within deep tissue. To accurately predict the performance of various microscopy techniques in thick samples, we present a computational model that efficiently solves Maxwell’s equation in highly scattering media. This toolkit simulates the deterioration of the laser beam point spread function (PSF) without making a paraxial approximation, enabling accurate modeling of high-numerical-aperture (NA) objective lenses commonly employed in experiments. Moreover, this framework is applicable to a broad range of scanning microscopy techniques including confocal microscopy, stimulated emission depletion (STED) microscopy, and ground-state depletion microscopy. Notably, the proposed method requires only readily obtainable macroscopic tissue parameters. As a practical demonstration, we investigate the performance of Laguerre–Gaussian (LG) versus Hermite–Gaussian (HG) depletion beams in STED microscopy.

Miniaturized microscopes for monitoring neural activity are an indispensable tool for neuroscience research. We present a novel MEMS based miniature microscope with patterned optogenetic stimulation capabilities enabling cell-specific 2-photon optogenetics and 2-photon imaging.

We present a miniature head mounted two-photon fiber-coupled microscope (2P-FCM) for neuronal imaging with active axial focusing enabled using a miniature electrowetting lens. Full three-dimensional two-photon imaging of GCaMP6s showing individual neuron activity in multiple focal planes was achieved in a freely-moving mouse. Two-color simultaneous imaging of GFP and tdTomato fluorescence is also demonstrated. Additionally, dynamic control of the axial scanning of the electrowetting lens allows tilting of the focal plane enabling cells in multiple focal planes to be imaged simultaneously. Two-photon imaging allows increased penetration depth in tissue yielding a working distance of 450 μm with an additional 180 μm of active axial focusing. The objective NA is 0.45 with a lateral resolution of 1.8 μm, an axial resolution of 10 μm, and a field-of-view of 240 μm diameter. The 2P-FCM has a weight of only ~2.5 g and is capable of repeatable and stable head-attachment. The 2P-FCM with dynamic axial scanning provides a new capability to record from functionally distinct neuronal layers, opening new opportunities in neuroscience research.

We report Ge23Sb7S70 chalcogenide ring resonators with up to 8 × 104 quality factors operating around 3.6 µm wavelength fabricated through e-beam lithography. Their rib waveguide geometry can be engineered to support close-to-zero dispersion modes needed for mid-infrared microcomb generation.

Abstract We present a high-resolution miniature, light-weight fluorescence microscope with electrowetting lens and onboard CMOS for high resolution volumetric imaging and structured illumination for rejection of out-of-focus and scattered light. The miniature microscope (SIMscope3D) delivers structured light using a coherent fiber bundle to obtain optical sectioning with an axial resolution of 18 μm. Volumetric imaging of eGFP labeled cells in fixed mouse brain tissue at depths up to 220 μm is demonstrated. The functionality of SIMscope3D to provide background free 3D imaging is shown by recording time series of microglia dynamics in awake mice at depths up to 120 μm in the brain.

Stimulated emission depletion (STED) is a powerful super-resolution microscopy technique that can be used for imaging live cells. However, the high STED laser powers can cause significant photobleaching and sample damage in sensitive biological samples. The dynamic intensity minimum (DyMIN) technique turns on the STED laser only in regions of the sample where there is fluorescence signal, thus saving significant sample photobleaching. The reduction in photobleaching allows higher resolution images to be obtained and longer time-lapse imaging of live samples. A stand-alone module to perform DyMIN is not available commercially.