基于光場調(diào)控的光學晶格的設(shè)計及其在精密測量中的應(yīng)用

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1、天津大學碩士學位論文基于光場調(diào)控的光學晶格的設(shè)計及其在精密測量中的應(yīng)用OpticalLattices:DesignBasedonOpticalFieldModulationandApplicationsinPrecisionMeasurements學科專業(yè)：儀器科學與技術(shù)研究生：查日東指導(dǎo)教師：胡春光副教授天津大學精密儀器與光電子工程學院2017年12月摘要光學晶格是多束激光交匯干涉產(chǎn)生的周期性勢阱圖案，按維度可以分為一維、二維、三維光學晶格，按周期可以分為原始（基礎(chǔ)）晶格和稀疏晶格，其對稱性可按照布拉菲格子進行分類。用基于空間光調(diào)制器的光場調(diào)控的方法產(chǎn)生的光學晶格靈活多樣、變化迅速、一致性

2、好，可以近乎實時地改變光學晶格的周期、晶胞大小和對稱性，并且周期的精度可以溯源到空間光調(diào)制器的像素精度。由于以上諸多優(yōu)點，光學晶格已經(jīng)廣泛應(yīng)用于原子的捕獲與冷卻、原子鐘、光子晶體光刻、微流體分選和超分辨顯微等領(lǐng)域，其中在超分辨顯微領(lǐng)域尤以以近兩年出現(xiàn)的晶格層光顯微技術(shù)最為突出。盡管如此，光學晶格在精密測量領(lǐng)域的應(yīng)用卻罕見報道。本文基于光學晶格的特點和優(yōu)勢，首次提出光晶格輪廓術(shù)的方法應(yīng)用于表面形貌的測量。本文的主要工作包括：1、對光學晶格的產(chǎn)生與發(fā)展、理論與應(yīng)用做了比較詳細的綜述，由此引出光學晶格在晶格層光顯微技術(shù)中的應(yīng)用和意義，并提出光晶格輪廓術(shù)的概念以拓展其在精密測量領(lǐng)域的應(yīng)用。2、基于光

3、學晶格的實驗產(chǎn)生機理，理論推導(dǎo)了原始光學晶格、稀疏光學晶格、組合光學晶格的設(shè)計過程。并且搭建了實驗光路以驗證設(shè)計思路。3、提出了光晶格輪廓術(shù)的概念，并從原理上和實驗上分別對其做了驗證。原理上對最大基礎(chǔ)方晶格做了建模，并推導(dǎo)晶格的變化與形貌的起伏之間的數(shù)學關(guān)系，給出了解相位算法和形貌重構(gòu)算法。實驗上，以干涉儀標定過的變形鏡作為靈活的樣本，使其分別產(chǎn)生不同程度的傾斜變形和凸起變形，用光晶格輪廓術(shù)的實驗系統(tǒng)去重構(gòu)出它的形貌，并與干涉儀的結(jié)果比較。4、搭建了晶格層光顯微系統(tǒng)，產(chǎn)生了晶格狀切片激發(fā)光，并用振鏡掃描，得到了振動模式下分布均勻的切片光。本文介紹了該系統(tǒng)的測量原理、總體框架、光路系統(tǒng)和軟件控

4、制策略。關(guān)鍵詞：光學晶格，超分辨顯微，空間光調(diào)制器，輪廓術(shù)，光場調(diào)控IABSTRACTOpticallatticesareperiodicalpotentialwellsstemedfrommulti-beamssuperpositionandinterference,whichcanbedividedintoone-dimensional,two-dimensioanlandthree-dimensionalpatternsbasedondimensionality,whichalsocanbecategorizedasprimitive(fundamental)latticesorspa

5、rselatticesaccordingtoperiodicity,which,ofcourse,canbeclassifiedbyBravaissymmetry.Opticallattices,createdbymodulationonopticalfieldbasedonaspatiallightmodulator,havemanyfeatures,suchasflexibility,diversity,goodconsistency,rapidchanging,moreimportantly,theabilitytochangetheirperiods,cellsizesandsymm

6、etriesalmostinrealtime.Inaddition,theprecisionofperiodscanbetracedbacktothepixelaccuracyofspatiallightmodulator.Inlightoftheabovefeatures,opticallatticeshavebeanplayingapivotalroleinmanyfields,includingatomtrappingandcooling,atomicclock,photoniccrystalnanolithography,microfluidicsorting,super-resol

7、utionmicroscopyandsoon.Amongofthem,latticelight-sheetmicroscopyemergedinrecenttwoyearsisanoutstandingrepresentative.However,theapplicationsinmetrologyarerarereported.Basedontheadvantagesofopticallattices,th