傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率僅能達(dá)到λ/2左右,微球輔助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行超分辨率成像成為一種非常簡(jiǎn)單的納米尺度結(jié)構(gòu)可視化的方法。本文從微球的形狀、微球的浸沒程度,以及樣品表面特性對(duì)微球的成像性能的影響進(jìn)行了研究,并試圖從中找出提高其成像性能的方法。論文的主要內(nèi)容:1、針對(duì)樣品表面鍍有粗糙度數(shù)值不同的兩種銀膜對(duì)直徑為15 μm的BTG微球成像效果的影響展開了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)粗糙度數(shù)值從3.23 nm增大到6.80 nm時(shí),使用BTG微球?qū)χ睆綖?50 nm和580 nm的二氧化硅微球陣列樣品進(jìn)行觀測(cè),樣品的像面范圍(Irange of focal image position,RFIP)有了明顯的增大,而且分辨率也在增加,原先不能分辨的直徑200 nm的微球陣列也可以被分辨。在一定程度上,鍍膜的表面粗糙度數(shù)值的增大會(huì)增強(qiáng)光的散射,進(jìn)而促使大角度散射光攜帶更多的信息進(jìn)入成像系統(tǒng),此外表面等離激元波的局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)可以將更多的物體信息耦合進(jìn)微球,進(jìn)而顯著地提高了微球的成像性能。2、用SU-8(n=1.60)作為背景介質(zhì),通過控制甩膠機(jī)以6000、4000和2500 rpm三種不同轉(zhuǎn)速使其粘附在直徑為10 μm的聚苯乙烯(polystyrene,PS,n=1.60)微球表面,形成不同結(jié)構(gòu)的微透鏡A、B和C,微透鏡D為球形微透鏡,發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的微透鏡具有不同的成像性能。三種結(jié)構(gòu)的微透鏡均可清晰分辨周期為300nm,間隙為100 nm的條紋陣列,但成像放大率不同,微透鏡B的成像放大率最大,為3.3X~5.2X。并且微透鏡B能夠分辨另外兩種結(jié)構(gòu)的微透鏡不能分辨間隙為150 nm的金屬點(diǎn)陣樣品。我們用COMSOL軟件對(duì)不同結(jié)構(gòu)的微球透鏡在平面波照射下的光強(qiáng)分布進(jìn)行了模擬,發(fā)現(xiàn)微透鏡B具有最小光子納米噴流束腰寬度。此外,通過ZEMAX軟件對(duì)不同微透鏡的像差進(jìn)行了模擬,發(fā)現(xiàn)微透鏡B的球差與球形微透鏡D相比明顯降低。3、利用氫氟酸腐蝕光纖,制備出不同尺寸的圓柱形微米透鏡,然后利用這些微透鏡輔助光學(xué)顯微鏡對(duì)藍(lán)光光碟和DVD光碟的條紋進(jìn)行成像,發(fā)現(xiàn)能夠清晰分辨DVD光碟的條紋,而不能分辨藍(lán)光光碟條紋。通過分析COMSOL軟件模擬得出的結(jié)果,我們推測(cè)圓柱形微米透鏡未能輔助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行超分辨成像的原因可能是利用氫氟酸腐蝕光纖時(shí),光纖未能被均勻腐蝕,使得其表面凹凸不平。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH742;TP391.41
【部分圖文】：

１．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??２００９年，Ｌｅｅ等［３９！利用有機(jī)分子自組裝法制備出不同尺寸的的半球狀微透鏡，??微透鏡的掃描電鏡圖如圖１．１（ａ）所示。??ＣＨＧ＾Ｕ，：?Ａ?ｆｌｆｉｆｆｌ?ｎＰ＾Ｗ??圖１．１微透鏡的掃描電鏡圖及微透鏡的成像圖引自文獻(xiàn)［３９］??為了研究這些微透鏡的成像特性，如圖１．１（ｂ）－１．１（ｆ）所示，他們用一個(gè)直徑為２??Ｈｍ的微透鏡輔助光學(xué)顯微鏡對(duì)周期為２５０?ｎｍ的條紋陣列進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)原本在傳??統(tǒng)光學(xué)顯微鏡下無法觀察到的條紋陣列，現(xiàn)在可以清晰分辨，并且發(fā)現(xiàn)微透鏡對(duì)樣??品具有放大作用。由此可見，微透鏡能夠提高傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨能力。圖１．１（ｂ）??和１．１（ｃ）分別為直徑為２?ｎｍ的微透鏡凸面朝下和凸面朝上的成像結(jié)果圖，發(fā)現(xiàn)兩者??之間存在明顯差異，微透鏡凸面朝下時(shí)的成像放大率略小于微透鏡凸面朝上時(shí)的成??像放大率。并且微透鏡凸面朝下時(shí)圖像存在畸變

?靈??圖１．２微透鏡的成像過程示意圖引自文獻(xiàn)［３９】??為了研宄微透鏡能夠輔助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行超分辨成像的理論解釋，如圖１．３（ａ）－??１．３（ｄ）所示，Ｌｅｅ等分別采用幾何光學(xué)軟件及波動(dòng)光學(xué)軟件進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)利用幾??何光學(xué)軟件模擬計(jì)算得出的焦點(diǎn)位置與利用波動(dòng)光學(xué)軟件模擬計(jì)算得出的焦點(diǎn)位??置存在差異。文中認(rèn)為存在差異的原因是微透鏡的尺寸很小，為微納米量級(jí)，光通??過透鏡時(shí)會(huì)發(fā)生散射等現(xiàn)象，因此幾何光學(xué)的相關(guān)理論不適用，用波動(dòng)光學(xué)進(jìn)行解??釋更為合理。此外，如圖１．３（ｂ）－１．３（ｄ）所示，當(dāng)微透鏡直徑從０．８微米增大到４微米??時(shí)，微透鏡的焦點(diǎn)位置也從０．８５Ｈ增大到１．６８Ｈ，即隨著微透鏡尺寸的増加，焦點(diǎn)??位置會(huì)遠(yuǎn)離微透鏡。??■Ｖｚ：＂?Ｈ?ｔ?０??Ｙ７?？??Ｉ?ｌｓａｉ??／?／／！＿＇?＼??／?＂／／ｎ＇＼＼?＼?－１．５－１．０－０．５?０．０?ＯＪＳ?１

／Ｔ?靈??圖１．２微透鏡的成像過程示意圖引自文獻(xiàn)［３９】??為了研宄微透鏡能夠輔助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行超分辨成像的理論解釋，如圖１．３（ａ）－??１．３（ｄ）所示，Ｌｅｅ等分別采用幾何光學(xué)軟件及波動(dòng)光學(xué)軟件進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)利用幾??何光學(xué)軟件模擬計(jì)算得出的焦點(diǎn)位置與利用波動(dòng)光學(xué)軟件模擬計(jì)算得出的焦點(diǎn)位??置存在差異。文中認(rèn)為存在差異的原因是微透鏡的尺寸很小，為微納米量級(jí)，光通??過透鏡時(shí)會(huì)發(fā)生散射等現(xiàn)象，因此幾何光學(xué)的相關(guān)理論不適用，用波動(dòng)光學(xué)進(jìn)行解??釋更為合理。此外，如圖１．３（ｂ）－１．３（ｄ）所示，當(dāng)微透鏡直徑從０．８微米增大到４微米??時(shí)，微透鏡的焦點(diǎn)位置也從０．８５Ｈ增大到１．６８Ｈ
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本文編號(hào)：2872198