【摘要】：光學顯微鏡被廣泛應用于生物、醫(yī)療及工業(yè)等領域,但其成像分辨率會受到衍射極限的限制。顯微鏡的橫向分辨率只能達到可見光波長的一半,即200 nm,一般通過增大數值孔徑來提高成像分辨率,但這也產生了一定的像差。所以,經典的光學顯微鏡的發(fā)展已經到達了瓶頸期階段。借助微透鏡輔助光學顯微鏡成像,可以提高成像分辨率,使我們能夠觀察到帶有物體精細結構信息的像。電磁波照射到微透鏡后所產生的光子納米聚焦場被認為是微透鏡實現高分辨的顯微成像的因素之一。光子納米聚焦效應是一種在微透鏡表面附近所形成的強大的光子聚焦散射場,可以增大實時觀察到病毒或者生物分子的機率。目前,如何實現高分辨率成像是業(yè)界研究的一個熱點問題。本文的主要研究工作如下:1.詳細介紹了離散偶極子近似(DDA,Discrete Dipole Approximation)數值算法的散射仿真計算流程,以及剖分的精確度。DDA是一種可以計算任意光束與任意形狀粒子相互作用的電磁散射和吸收特性的數值算法。ADDA軟件是DDA數值算法的光散射仿真模擬器。借助ADDA,分別計算了平面波入射不同直徑的微球透鏡在不同單位波長偶極子個數下的場分布,并與Mie理論解析算法進行了對比,分析研究了球形透鏡最大強度位置相對誤差和最大強度相對誤差。結果表明,對比DDA數值算法與Mie理論解析算法下,球形透鏡的前向散射強度基本一致。并且針對本文中的電磁仿真,確定了最佳的每單位波長偶極子的個數為20。2.基于DDA數值算法,分別模擬計算了平面波、高斯波束照射到微球透鏡、微橢球透鏡、多個微球透鏡、多個微橢球透鏡的內場及近場區(qū)域分布,分析了電磁散射特性。重點研究了微透鏡的光子納米聚焦特性。在高斯波束入射下計算電場的分布時,分別討論了不同波束中心、束腰半徑的高斯波束作用于微透鏡的內場及近場分布,及光子納米聚焦特性。高斯波束照射到微透鏡上時,會隨著高斯波束的束腰半徑的增大,電磁散射場相似于平面波作用于微透鏡。對于陣列微透鏡的電場仿真計算,在微透鏡表面形成的光子納米聚焦區(qū)域可作為新的光束作用于后方微透鏡。同時也對其它典型形狀的微透鏡進行了電磁計算。本文選取了三種形狀的微透鏡,分別是圓臺形微透鏡、錐形微透鏡、壺形微透鏡。計算且研究了在平面波照射下作用于三種形狀微透鏡的場分布。結果表明,微透鏡對波束具有匯聚的作用。微透鏡的尺寸、折射率和入射光波長、外部介質折射率等因素對微透鏡的光子納米聚焦區(qū)域具有一定程度上的影響。3.在顯微成像實驗平臺的搭建過程中,對成像操作流程以及待測樣品選取等方面進行了詳細的敘述。顯微成像的過程分為三部分,即樣品準備、顯微成像、數據采集。待測樣品選取藍光光碟。微透鏡選取具有聚焦特性、折射率低的二氧化硅微球透鏡。采用光學顯微鏡與直徑分別是為3?m和5?m的二氧化硅微球透鏡,對表面處理后的藍光光碟進行顯微成像,并且對藍光光碟的顯微成像現象進行了觀察與驗證。實驗結果表明,直徑越小的二氧化硅微球透鏡對藍光光碟的顯微成像的分辨率更高。基于以上的實驗數據結果,與理論上的放大倍數進行了對比,結果表明,二氧化硅微球透鏡的實驗上的成像放大倍數高于理論上的成像放大倍數。
【圖文】：

第二章 離散偶極子近似法第二章 離散偶極子近似法積分法包含三大部分，分別是離散偶極子近似法9]。離散偶極子近似（DDA）數值算法是一種任意入射波束的電磁（光）散射特性的研究方散射問題公式化的基本實踐，將目標散射體極子[73]。DDA 把點偶極子作為理論基礎，將目堆積，即點陣列的疊加。如圖 2.1 所示為球形粒

所以利用 ADDA 軟件模擬仿真計算的粒子尺寸的大小。一般情況下，采用超級計算機對大粒子或者超大時間成本，并且也保證了計算機內存資源的充足。ADDA 基于 DDA 數值算法，所以對于目標粒子的剖分問題折射率、外部介質的折射率，，以及粒子的等效體積尺寸等DA 也會對粒子的剖分精度存在一定的誤差。如果考慮到射粒子的等效體積尺寸超過 10 m，剖分精度誤差則會顯特定精度要求的估計仿真計算，可以改變剖分精度，即從得到。目前，軟件 ADDA 廣泛地適用于星際塵埃、大氣顆粒等領域。并且最重要的是由于軟件 ADDA 的易移植的。級的粒子，通過開源軟件 ADDA串行及CPU并行進行仿真DA 的運行平臺選擇在 CentOS Linux 操作系統(tǒng)下，目的是過程方便、快捷且安全。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;O441

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本文編號：2703242