高折射率微球超分辨成像规律及降低成像畸变率的研究
发布时间：2021-02-06 19:47
在基于光学透镜的超分辨成像技术中,介质微球辅助光学显微镜方法是近几年提出的一种新的光学超分辨成像技术。该技术具有使用能量较低的白光作为光源和样品无需荧光标记等优点。此外,折射率较高的介质微球在浸没方式和成像性能上均具有诸多优点。所以,在此研究背景下,本文对高折射率的钛酸钡（BaTi03 glass,BTG）微球的超分辨成像特性进了以下几个方面的研究:1.研究了微球成像的几何光学理论和波动光学理论,通过几何光学公式和软件仿真,分析了高折射率微球的成像特性。2.实验研究了被聚二甲基硅氧烷全浸没的直径为5-50μm 的BTG微球的成像特性。对于蓝光光碟样品（Blue-ray disc,BD）和单层的六角密排列的（hexagonally close-packed,hcp）微球阵列样品,我们的实验结果显示,BTG微球的聚焦像面范围（range of focal image positions,RFIP）随着BTG微球直径的增加而线性增加。当BTG微球的直径从5μm增加到50μm时,BTG微球的RFIP从4 μnm增加到25 μm。另外,实验中还观察到了 hcp微球阵列的泰伯效应,观察结果显示,泰...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：46 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１微纳半凸透镜的制备过程和电子显微镜图像?引自文献［３４］??
动光学的聚焦仿真?引自文献『３４］??为了理解这种微纳透镜具有超分辨成像能力的原因，研宄者分别通过几何光学??和波动光学仿真了这些微纳透镜的聚焦特性，如图１．２（ｃ）所示。由图１．２（ｃ）可以看出，??波动光学仿真出的焦距往往小于光线光学仿真出的焦距，在和入射光的波长相接近??的尺寸下，光波传播经过这些微纳透镜时，光会发生强烈的散射，从而影响到光的??汇聚，最终形成超短的聚焦，所以波动光学模拟得到的焦距更符合实验结果。这种??超聚焦效应会在物体表面产生携带物体高频信息的倏逝场，倏逝场可以通过微纳透??镜的耦合转变为传播波，从而使微纳半凸透镜具有超分辨成像的能力。??２０１１年英国的Ｚｅｎｇｂｏ?Ｗａｎｇ课题组发现直径为２－９?｜ｕｍ的低折射率的二氧化??硅透明介质微球具有超分辨成像的能力，他们通过在样品上放置一个二氧化硅微球，??在白光显微镜下成功分辨了间距和尺寸分别为５０?ｎｍ的多空氧化铝孔和周期为３００??ｎｍ的蓝光光碟条纹，图１．３（ａ）为他们的实验装置示意图，图１．３（ｂ）是他们的成像结??果。该项研究在微球超分辨成像技术上取得了突破
?；：＇＾?／＊．；?Ｌ＾Ｊｆ＇??ｗ＇??Ｗｈｉｌｅ－ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ?Ｊ??图１．３?（ａ）二氧化硅微球成像装置示意图，（ｂ＞二氧化硅微球对尺寸为５０?ｎｍ的多孔氧化铝和周期??为３００?ｎｍ的蓝光光碟的成像结果?引自文献Ｐ５］??１１１１８??－■??ｍ：?．?ｉ１??１ｐｍ?１ｐｍ??（ｂ）?／Ｉ?，??／?／＾Ｖ７??／?ｒ．?｜??ｖ．?Ｍ?／?Ｍ？，０＊Ｐｈｅｆｅ?＼?．?／?Ｊ??於?＾?Ｓａｍｐｌｅ??图１．４?（ａ）半浸没的二氧化硅微球对周期为３００?ｎｍ的蓝光光碟的成像结果，（ｂ）半浸没的二氧化??硅微球转换倏逝波的示意图?引自文献［３６］??随后浙江大学的Ｘｕ?Ｌｉｕ课题组通过用液体半浸没低折射率微球的方法，提??高了低折射率微球的成像性能，实验结果如图１．４（ａ）所示。他们分析指出微球和物??体之间的浸没介质形成了谐振腔提高了微球耦合倏逝波的能力，进而增强物体表面??倏逝波转化为传播波的能力，从而提高了低折射率微球的超分辨成像能力，图１．４（ｂ）??是半浸没介
【参考文献】：
期刊论文
[1]样品表面银膜的粗糙度对钛酸钡微球成像性能的影响[J]. 王建国,杨松林,叶永红. 物理学报. 2018(21)
[2]Experimental far-field imaging properties of high refractive index microsphere lens[J]. Minglei Guo,Yong-Hong Ye,Jinglei Hou,Bintao Du. Photonics Research. 2015(06)
[3]基于微球透镜的任选区高分辨光学显微成像新方法研究[J]. 王淑莹,章海军,张冬仙. 物理学报. 2013(03)
本文编号：3020995
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：46 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１微纳半凸透镜的制备过程和电子显微镜图像?引自文献［３４］??
动光学的聚焦仿真?引自文献『３４］??为了理解这种微纳透镜具有超分辨成像能力的原因，研宄者分别通过几何光学??和波动光学仿真了这些微纳透镜的聚焦特性，如图１．２（ｃ）所示。由图１．２（ｃ）可以看出，??波动光学仿真出的焦距往往小于光线光学仿真出的焦距，在和入射光的波长相接近??的尺寸下，光波传播经过这些微纳透镜时，光会发生强烈的散射，从而影响到光的??汇聚，最终形成超短的聚焦，所以波动光学模拟得到的焦距更符合实验结果。这种??超聚焦效应会在物体表面产生携带物体高频信息的倏逝场，倏逝场可以通过微纳透??镜的耦合转变为传播波，从而使微纳半凸透镜具有超分辨成像的能力。??２０１１年英国的Ｚｅｎｇｂｏ?Ｗａｎｇ课题组发现直径为２－９?｜ｕｍ的低折射率的二氧化??硅透明介质微球具有超分辨成像的能力，他们通过在样品上放置一个二氧化硅微球，??在白光显微镜下成功分辨了间距和尺寸分别为５０?ｎｍ的多空氧化铝孔和周期为３００??ｎｍ的蓝光光碟条纹，图１．３（ａ）为他们的实验装置示意图，图１．３（ｂ）是他们的成像结??果。该项研究在微球超分辨成像技术上取得了突破
?；：＇＾?／＊．；?Ｌ＾Ｊｆ＇??ｗ＇??Ｗｈｉｌｅ－ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ?Ｊ??图１．３?（ａ）二氧化硅微球成像装置示意图，（ｂ＞二氧化硅微球对尺寸为５０?ｎｍ的多孔氧化铝和周期??为３００?ｎｍ的蓝光光碟的成像结果?引自文献Ｐ５］??１１１１８??－■??ｍ：?．?ｉ１??１ｐｍ?１ｐｍ??（ｂ）?／Ｉ?，??／?／＾Ｖ７??／?ｒ．?｜??ｖ．?Ｍ?／?Ｍ？，０＊Ｐｈｅｆｅ?＼?．?／?Ｊ??於?＾?Ｓａｍｐｌｅ??图１．４?（ａ）半浸没的二氧化硅微球对周期为３００?ｎｍ的蓝光光碟的成像结果，（ｂ）半浸没的二氧化??硅微球转换倏逝波的示意图?引自文献［３６］??随后浙江大学的Ｘｕ?Ｌｉｕ课题组通过用液体半浸没低折射率微球的方法，提??高了低折射率微球的成像性能，实验结果如图１．４（ａ）所示。他们分析指出微球和物??体之间的浸没介质形成了谐振腔提高了微球耦合倏逝波的能力，进而增强物体表面??倏逝波转化为传播波的能力，从而提高了低折射率微球的超分辨成像能力，图１．４（ｂ）??是半浸没介
【参考文献】：
期刊论文
[1]样品表面银膜的粗糙度对钛酸钡微球成像性能的影响[J]. 王建国,杨松林,叶永红. 物理学报. 2018(21)
[2]Experimental far-field imaging properties of high refractive index microsphere lens[J]. Minglei Guo,Yong-Hong Ye,Jinglei Hou,Bintao Du. Photonics Research. 2015(06)
[3]基于微球透镜的任选区高分辨光学显微成像新方法研究[J]. 王淑莹,章海军,张冬仙. 物理学报. 2013(03)
本文编号：3020995
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