近年來,突破衍射極限,不斷提高光學(xué)成像系統(tǒng)分辨率成為了光學(xué)研究領(lǐng)域的一大熱點。20世紀(jì)初期至今,科研人員提出了多種實現(xiàn)光學(xué)超分辨的方法。且伴隨著光學(xué)成像分辨率的不斷提高,超分辨顯微成像已經(jīng)應(yīng)用在了生物醫(yī)學(xué)、材料、化學(xué)、光譜成像等各個領(lǐng)域。但目前常見的超分辨顯微成像技術(shù)通常需要進行熒光標(biāo)記,對于生物樣品具有一定的光毒性。本文采用的基于超振蕩透鏡的非標(biāo)記超分辨光學(xué)顯微技術(shù),可以有效的解決這一問題,具有良好的研究前景。本文的主要工作包括:(1)介紹了超分辨顯微技術(shù)的研究背景、研究意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,從而提出本文的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容。(2)介紹了點擴展函數(shù)和圓偏振光的相關(guān)理論,并推導(dǎo)了圓偏振光矢量角譜傳播公式。(3)簡單介紹了粒子群優(yōu)化算法,并利用粒子群優(yōu)化算法結(jié)合圓偏振光矢量角譜衍射公式設(shè)計得到半徑為650λ,焦距為200λ,數(shù)值孔徑為0.956,半高全寬為0.379λ,旁瓣比34.989%的點聚焦器件,在焦平面處突破了0.397λ的超振蕩極限。(4)介紹了基于超振蕩透鏡的非標(biāo)記超分辨光學(xué)顯微系統(tǒng)的基本工作原理,搭建了超分辨光學(xué)顯微系統(tǒng)及其前端光路,完成包含編寫系統(tǒng)控制程序、數(shù)據(jù)處理程序以及圖像重建程序的上位機軟件,介紹了該上位機軟件的基本組成模塊及其功能,并對調(diào)用動態(tài)鏈接庫、多線程控制以及數(shù)據(jù)處理和圖像重建進行了簡單介紹。(5)實驗測得基于圓偏振光矢量角譜衍射公式和粒子群算法的設(shè)計方法所設(shè)計的超振蕩透鏡在焦平面上X方向半高全寬達到0.381λ,突破了超振蕩極限0.397λ,Y方向半高全寬達到0.413λ,突破了衍射極限0.523λ,接近超振蕩極限。(6)綜合考慮,選擇了本組設(shè)計的更適合于超分辨光學(xué)顯微的聚焦成超長光針的菲涅爾波帶片作為顯微成像實驗所用的超振蕩透鏡,驗證其聚焦性能,實驗得到長達88.263λ的超長光針,突破衍射極限的部分達到67.902λ。(7)從超長光針中選擇對稱性和均勻性良好的聚焦光斑作為顯微成像的掃描光束,對亞波長光柵進行非標(biāo)記遠(yuǎn)場超分辨顯微成像相關(guān)測試,實現(xiàn)了λ/3的超分辨顯微成像。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

機光重構(gòu)顯微成像技術(shù)、受激發(fā)射損耗顯微成像技術(shù)、結(jié)構(gòu)光照明、基于超振蕩效應(yīng)的共聚焦掃描顯微成像技術(shù)。 近場掃描顯微成像技術(shù)研究現(xiàn)狀928 年，Edward Synge 提出光透過一個刻有亞波長小孔的薄的、不透照明位于距該金屬板亞波長距離的樣品，通過掃描成像，得到一個破衍射極限的圖像[4]。上世紀(jì) 80 年代初由 Pohl 等人在實驗上得以實紀(jì)九十年代，Keilmann 等人提出了一種散射型的近場掃描顯微技術(shù)，20分析計算了探針與樣品之間相互作用，當(dāng)入射波長為 10μm，探針，探針與樣品間距為 100nm 時，在實驗上得到了 λ/100 的成像分辨率年來，近場掃描顯微成像技術(shù)衍生出很多新的方法。2014 年，Maga 研究小組提出一種基于雙曲透鏡陣列的光學(xué)顯微技術(shù)，該小組將雙置在光學(xué)顯微鏡中，從而放大小于衍射極限的樣品細(xì)節(jié)，如圖 1.1（成像分辨率提高到未放置雙曲透鏡陣列前的 10 倍以上，如圖 1.1（在入射波長為 633nm 時，成功分辨出孔直徑為 60nm，中心距離為 7[33]。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文年，LIANG PAN 研究小組提出一種用于近場光學(xué)光刻和成像元耦合模型 PPL，如圖 1.2（a）所示。與傳統(tǒng)的激發(fā)局部狹縫或的方法不同，該模型采用等離子體激元與樣品在豎直方向上直，具有很高的耦合效率，可以用作反射式的近場成像。在波長下，經(jīng)該結(jié)構(gòu)得到的半高全寬 FWHM 為 17nm 的聚焦光斑，如表面等離子體激元耦合模型用作近場成像，照明光源由結(jié)構(gòu)后面反射，在結(jié)構(gòu)后方進行探測，成功分辨了兩個直徑為 60nm 的兩個小孔，如圖 1.2（c、d）所示[34]。

圖 1.3 隨機光重構(gòu)顯微成像技術(shù)。（a）隨機光重構(gòu)顯微成像技術(shù)原理示意圖；（b）單個點擴展函數(shù)的熒光圖像；（c）對一個熒光開關(guān)分子 20 次成像定位實驗結(jié)果圖（標(biāo)尺為 20nm）；（d）對一個熒光開關(guān)分子 20 次成像定位實驗結(jié)果矯正后效果圖；（e）中心位置標(biāo)準(zhǔn)差的柱狀圖Fig.1.3 Stochastic optical reconstruction microscopy(STORM). (a) Schematic diagram of theprinciple of STORM; (b) The point spread function of single switch; (c) The center position of asingle switch for 20 image cycles; (d) The center position of a single switch for 20 image cycles aftercorrection. A histogram of the standard deviation of the central position.2008 年，zhuang 研究小組在之前的基礎(chǔ)上[36]，提出了三維隨機光重構(gòu)顯微成像技術(shù)，采用的方法是在成像路徑上加入一個柱面鏡，如圖 1.4a 所示，結(jié)果證明，隨著在 Z 方向距離的變化，熒光圖像的橢圓率以及橢圓的方向都在發(fā)生變化。其中在等效焦平面處，為圓形光斑，當(dāng)樣品與物鏡的距離大于等效焦距時，橢圓長軸沿 X 軸方向，反之，當(dāng)樣品與物鏡的距離小于等效焦距時，橢圓長軸沿 Y 軸方向，利用二維橢圓高斯擬合公式，可以得到峰值位置和沿 XY 方向的寬度 Wx、Wy。該小組以固定的用 Alexa 647 標(biāo)記的鏈霉親和素的單個分子進行成像，其中
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本文編號：2860076