遠場超分辨可視顯微成像技術(shù)研究

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1、＾別：ｌｌ?。墸椋椋崳姲兀崳姟觯桑妫牐海蛔x；ｉ朵丟抑化矣資?。牐牐桑崳娙ぃ墸А觯崳姴缹W(xué)位論文＾ＩＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ｜｜！■巾，．；渉論支題目遠場超分辨可視顯微成像技術(shù)妍究ｋ學(xué)科專業(yè)光學(xué)工程，學(xué)號２０１１１１０５０５０４作者姓名龐輝指導(dǎo)教師杜春霄妍宛員獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加標注和致謝的地方＇經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果夕，也不包含為！，論文中不包含其他＾己獲得電子科技

2、大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：私日期：如／每年月＆日＾＾論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文，的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）作者簽名；導(dǎo)師簽名：日期

3、：心／ｓ年《月化日分類號密級注1UDC學(xué)位論文遠場超分辨可視顯微成像技術(shù)研究（題名和副題名）龐輝（作者姓名）指導(dǎo)教師杜春雷研究員中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院重慶邱琪教授電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學(xué)位級別博士學(xué)科專業(yè)光學(xué)工程提交論文日期2015.03.15論文答辯日期2015.06.06學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)2015年06月日答辯委員會主席評閱人注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。RESEARCHONTHEFARFIELDOPTICALSUPERRESOLUTIONIMAINGADoctoralDissertat

4、ionSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:PangHuiAdvisor:Prof.DuChunleiandQiuQiSchool:SchoolofOptoelectronicInformationg摘要摘要光學(xué)顯微鏡是人類歷史上最重要的科技發(fā)明之一。在光學(xué)顯微鏡發(fā)明以前，人類對于周圍世界的認識主要靠人眼，然而人眼的極限視角分辨率約為1′，在明視距離25cm處所能分辨的最小物體間隔約為0.1mm，因此無法

5、實現(xiàn)對更微小物體的觀測。自從16世紀末期荷蘭著名的磨鏡師ZacchariasJanssen發(fā)明了世界上第一臺顯微鏡以后，人類才開啟了探索微觀世界的大門。顯微鏡發(fā)展至今已經(jīng)成為生物學(xué)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、微光學(xué)等領(lǐng)域中必不可少的基本工具。然而由于光學(xué)衍射極限的存在，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的橫向分辨率被限制在約二分之一個照明波長，已經(jīng)遠遠不能滿足人們對微觀世界進行探索的需要。因此探索能夠突破光學(xué)衍射極限，實現(xiàn)超分辨成像的技術(shù)將具有十分重要的科學(xué)意義。在此研究背景下，本文主要從以下三個方面開展了遠場超分辨成像技術(shù)研究。1.在基于介質(zhì)微球的超分辨成像研究領(lǐng)域。側(cè)重研究

6、了微球能夠?qū)崿F(xiàn)超分辨成像的內(nèi)在機理，創(chuàng)新性地從頻譜變化的角度去分析了待測樣品散射的倏逝波與微球的相互作用機制，給出了倏逝波能夠耦合進微球并轉(zhuǎn)換成遠場傳播波的條件，討論了相關(guān)參數(shù)，比如微球的直徑、折射率、媒介的折射率等參數(shù)對微球成像的分辨率和放大率等的影響。2．在基于介質(zhì)微球的超分辨成像實驗研究領(lǐng)域。從實驗上開展了基于折射率較低的二氧化硅微球和聚苯乙烯微球，以及折射率較高的鈦酸鋇微球的成像實驗，討論了各自的成像放大率、分辨率等特性，重點分析了液體浸沒對微球成像的影響機制，最后創(chuàng)新性地提出并制備了一種基于鈦酸鋇微球和PDMS軟模的超分辨成像薄膜，可該

7、將薄膜直接放置于待測樣品表面，通過顯微鏡進行觀察，便可以實現(xiàn)超分辨成像。3．在表面等離子體金屬結(jié)構(gòu)透鏡領(lǐng)域。首先給出了由不同寬度的納米縫構(gòu)成的表面等離子體金屬結(jié)構(gòu)透鏡的設(shè)計方法，并分析了透鏡孔徑對焦距和聚焦光斑的寬度的影響。在此基礎(chǔ)上提出了一種基于全息原理的多焦點金屬結(jié)構(gòu)透鏡的設(shè)計方法，通過將入射光看作參考光，多個焦點看作是點光源發(fā)出物光，再計算物光和參考光在結(jié)構(gòu)透鏡平面上的疊加光場，取疊加光場中的相位信息來確定金屬結(jié)構(gòu)透鏡的相關(guān)參數(shù)。并通過雙焦點和三焦點結(jié)構(gòu)透鏡的設(shè)計，驗證了該設(shè)計方法的可行性。4．在結(jié)構(gòu)光照明顯微領(lǐng)域。創(chuàng)新性地提出了基于納米柱

8、陣列和納米球陣列的結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生方式，通過調(diào)節(jié)納米柱和納米球的直徑以及金屬薄膜的厚度可方便地I摘要操控結(jié)構(gòu)光的空間頻率。其次給出了基于這兩種