對(duì)界面附近近場(chǎng)區(qū)域介質(zhì)樣品折射率、形貌及厚度等參量的高精度、高靈敏度動(dòng)態(tài)測(cè)量,無(wú)論對(duì)于生物組織的高襯比度成像,還是微納米尺度材料物性及其微弱變化過(guò)程的定量測(cè)量,均具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。數(shù)字全息術(shù)(Digital holography,DH)可實(shí)現(xiàn)對(duì)物場(chǎng)復(fù)振幅分布的全場(chǎng)、非接觸、高精度及動(dòng)態(tài)測(cè)量,基于全內(nèi)反射(Total internal reflection,TIR)和表面等離子體共振(Surface plasma resonance,SPR)的分析方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)界面附近近場(chǎng)區(qū)域介質(zhì)待測(cè)參量的非侵入和高靈敏度測(cè)量,本文將二者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,從理論和實(shí)驗(yàn)上研究基于TIR、SPR-DH的近場(chǎng)測(cè)量方法。在TIR和SPR過(guò)程中,處于棱鏡、金屬膜表面近場(chǎng)區(qū)域介質(zhì)樣品的相關(guān)參量及其變化,對(duì)處于遠(yuǎn)場(chǎng)的反射光波復(fù)振幅(包括振幅和相位)分布產(chǎn)生高靈敏度調(diào)制,利用DH動(dòng)態(tài)測(cè)量反射光波的復(fù)振幅分布及其變化,以實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)區(qū)域介質(zhì)樣品待測(cè)參量的定量測(cè)量。論文的主要工作和研究結(jié)果有:(1)提出了利用數(shù)字全息干涉術(shù)(Digital holographic interferometry,DHI)測(cè)量TIR過(guò)程中處于遠(yuǎn)場(chǎng)的反射光波波前的相位差分布,以實(shí)現(xiàn)對(duì)棱鏡表面近場(chǎng)區(qū)域電介質(zhì)樣品二維折射率分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量;搭建了基于馬赫-曾德干涉儀的TIR-DHI實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)靜態(tài)樣品和樣品動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量;設(shè)計(jì)了一種緊湊型物參光共路干涉結(jié)構(gòu),以此構(gòu)建了基于TIR-DHI的原理性實(shí)驗(yàn)樣機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件,并對(duì)測(cè)量方法和系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析;搭建了基于TIR的數(shù)字全息顯微成像系統(tǒng),對(duì)棱鏡表面近場(chǎng)區(qū)域的生物組織進(jìn)行了相位成像。(2)提出了一種可實(shí)現(xiàn)電介質(zhì)樣品折射率和幾何厚度分布同時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的透射/全反射集成式數(shù)字全息顯微術(shù)(Digital holographic microscopy,DHM),其中,利用TIR-DHM動(dòng)態(tài)測(cè)量樣品的二維折射率分布,利用透射式DHM同步獲取光波穿過(guò)樣品的相位差分布,進(jìn)而計(jì)算得到樣品的幾何厚度分布;借助角度/偏振復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)了集成式數(shù)字全息顯微系統(tǒng),并對(duì)靜態(tài)樣品和樣品動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量;針對(duì)TIR過(guò)程中,物平面與照明光波光軸不垂直導(dǎo)致重建像產(chǎn)生的畸變,討論了利用數(shù)值方法予以校正。(3)提出了基于表面等離子體共振全息顯微術(shù)(Surface plasma resonance holographic microscopy,SPRHM)的近場(chǎng)測(cè)量方法,利用DHM測(cè)量SPR過(guò)程中處于遠(yuǎn)場(chǎng)的反射光波波前的復(fù)振幅分布,以實(shí)現(xiàn)金屬膜表面近場(chǎng)區(qū)域電介質(zhì)樣品折射率微小變化的高靈敏度動(dòng)態(tài)測(cè)量;設(shè)計(jì)了一種利用單個(gè)分光棱鏡實(shí)現(xiàn)物參光共路全息圖記錄的棱鏡耦合SPRHM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品折射率的微小變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量;提出了采用激發(fā)波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)拓寬系統(tǒng)的折射率測(cè)量范圍,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;利用設(shè)計(jì)的單、雙波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),分別實(shí)現(xiàn)了金屬膜表面近場(chǎng)區(qū)域生物組織的SPR強(qiáng)度和相位同時(shí)成像。(4)分析了基于棱鏡耦合的SPRHM系統(tǒng)的固有缺陷,提出將基于高數(shù)值孔徑油浸物鏡耦合的SPR激發(fā)裝置引入到DHM中,設(shè)計(jì)并搭建了一種利用沃拉斯頓棱鏡實(shí)現(xiàn)物參光共路全息圖記錄的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并分析了系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、測(cè)量了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;建立了四層SPR結(jié)構(gòu)模型,分析了基于該模型測(cè)量金屬膜表面近場(chǎng)區(qū)域介質(zhì)薄膜厚度的可行性,并對(duì)具有不同物理特性的薄膜樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量;建立了五層SPR結(jié)構(gòu)模型,分析了基于該模型測(cè)量被覆蓋介質(zhì)薄膜厚度的方法,并進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN26;O43
【部分圖文】：

西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文場(chǎng)光學(xué)顯微鏡已被應(yīng)用于納米尺度的光學(xué)成像測(cè)[10]，以及生物組織的原位觀測(cè)[11]等。型掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微術(shù)學(xué)顯微鏡僅能獲得物場(chǎng)的超分辨振幅信息，掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微術(shù)被開發(fā)[12]。利用該顯微技局域相位及群速度（測(cè)量系統(tǒng)如圖 1.1 所示）點(diǎn)及拓?fù)淙毕輀15]，以及亞波長(zhǎng)的磁場(chǎng)與電場(chǎng)分

中的局域相位及群速度（測(cè)量系統(tǒng)如圖 1.1 所示）[13]振奇點(diǎn)及拓?fù)淙毕輀15]，以及亞波長(zhǎng)的磁場(chǎng)與電場(chǎng)分布1 (a)光子晶體波導(dǎo)中脈沖跟蹤實(shí)驗(yàn)；(b)被測(cè)光子晶體波導(dǎo)頂視工材料的“超透鏡”成像技術(shù)endry 等提出基于負(fù)折射率材料的“完美透鏡”可以近場(chǎng)區(qū)域的倏逝波）聚焦成像[17]。Zhang 等設(shè)計(jì)了銀）[18]、彎曲的周期性結(jié)構(gòu)（如圖 1.2(b)所示）[19]、亞倏逝波不衰減反而增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)超分辨成像

(a)微納光纖產(chǎn)生的倏逝波[23]、(b)TIR 棱鏡表面的倏逝波[24]和(c)金屬等離激元[25]照明以實(shí)現(xiàn)光學(xué)超分辨成像的幾種近場(chǎng)測(cè)量方法，均是將位于近場(chǎng)區(qū)域包含物場(chǎng)超分的結(jié)構(gòu)或途徑耦合到遠(yuǎn)場(chǎng)，再結(jié)合遠(yuǎn)場(chǎng)的光學(xué)顯微成像手段特定的應(yīng)用場(chǎng)景具有特殊的測(cè)量目的，本文的主要目的是，、高分辨測(cè)量界面附近近場(chǎng)區(qū)域物場(chǎng)光學(xué)性質(zhì)的方法。反射的近場(chǎng)測(cè)量方法近近場(chǎng)區(qū)域物場(chǎng)光學(xué)性質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，在分析化學(xué)、生物分為重要。1981 年，Axelrod 等提出的全內(nèi)反射熒光顯微術(shù)rescence microscopy, TIRFM），利用 TIR 產(chǎn)生的倏逝波照明樣內(nèi)的生物熒光團(tuán)受激發(fā)產(chǎn)生熒光（如圖 1.4 所示），再結(jié)合微成像[26]。此后，該顯微技術(shù)在生物樣品監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王佳;尹曉冬;;伽柏與全息術(shù)的發(fā)明[J];物理教師;2016年11期

2 刁述妍;;伽柏與全息術(shù)[J];物理通報(bào);1999年12期

3 楊桂娟;梅妍;白亞鄉(xiāng);;全息術(shù)及其應(yīng)用[J];應(yīng)用光學(xué);2006年02期

4 王春程;;現(xiàn)代全息術(shù)及其應(yīng)用[J];榆林學(xué)院學(xué)報(bào);2006年02期

5 孫萍,謝敬輝;3-D成像新技術(shù)——光學(xué)外差掃描全息術(shù)(英文)[J];光學(xué)精密工程;2003年05期

6 呂且妮,葛寶臻,羅文國(guó),趙慧影,賀家李,張以謨;數(shù)字全息術(shù)及其在粒子場(chǎng)測(cè)試中的研究進(jìn)展[J];光電子·激光;2002年10期

7 劉守,張向蘇;光全息術(shù)最新研究動(dòng)向及應(yīng)用[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年02期

8 耿文學(xué);全息術(shù)[J];電工技術(shù)雜志;2000年04期

9 陳建文，寇雷剛;電子全息術(shù)及其進(jìn)展[J];電子顯微學(xué)報(bào);1994年06期

10 寇雷剛，陳建文;新型電子全息術(shù)及其進(jìn)展[J];物理;1994年11期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 韓文娟;王金城;劉惠萍;于佳;;波導(dǎo)照明全息術(shù)的記錄和顯示特性分析[A];2005年中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)全息與光學(xué)信息處理專業(yè)委員會(huì)年會(huì)暨建會(huì)20周年紀(jì)念會(huì)[C];2005年

2 焦向陽(yáng);趙建林;王倩;甘雪濤;閆曉博;;基于數(shù)字全息術(shù)物場(chǎng)重建的面形檢測(cè)[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2010年

3 趙建林;;數(shù)字全息術(shù)及其應(yīng)用研究[A];2009年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

4 張鵬;趙建林;周儉波;徐宏來(lái);楊德興;范琦;;數(shù)字全息術(shù)在光寫入波導(dǎo)折射率分布測(cè)量中的應(yīng)用[A];2005年中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)全息與光學(xué)信息處理專業(yè)委員會(huì)年會(huì)暨建會(huì)20周年紀(jì)念會(huì)[C];2005年

5 張以謨;呂且妮;葛寶臻;趙慧影;景超;;數(shù)字全息術(shù)及其應(yīng)用[A];大珩先生九十華誕文集暨中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

6 朱化鳳;高鴻奕;謝紅蘭;陳建文;徐至展;;飛秒脈沖全息術(shù)進(jìn)展[A];大珩先生九十華誕文集暨中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

7 卞學(xué)濱;;阿秒時(shí)間分辨的光電子全息術(shù)[A];第五屆全國(guó)計(jì)算原子與分子物理學(xué)術(shù)會(huì)議摘要及墻貼[C];2014年

8 趙建林;張延曹;;切趾數(shù)字全息術(shù)及其應(yīng)用[A];第十八屆十三省市光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

9 王超;李亮;楊學(xué)耕;陳慎豪;;數(shù)字全息術(shù)研究氯離子誘導(dǎo)下的鐵在硫酸溶液中引起的點(diǎn)蝕[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

10 楊學(xué)耕;陳慎豪;王超;李亮;;數(shù)字全息術(shù)研究硫酸溶液中磁場(chǎng)對(duì)鐵陽(yáng)極溶解的影響[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者　曹大偉;全息術(shù)將為生活帶來(lái)視覺變化[N];深圳特區(qū)報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 張繼巍;基于數(shù)字全息術(shù)的近場(chǎng)測(cè)量方法研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2018年

2 呂曉旭;光學(xué)相移位相測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制與實(shí)驗(yàn)[D];天津大學(xué);2004年

3 賴天樹;微粒場(chǎng)全息術(shù)理論、應(yīng)用及微粒全息圖的自動(dòng)分析[D];西安交通大學(xué);1990年

4 楊學(xué)耕;數(shù)字全息術(shù)研究鐵在硫酸溶液中的陽(yáng)極過(guò)程[D];山東大學(xué);2006年

5 馬忠洪;基于脈沖數(shù)字全息術(shù)的實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)研究[D];南開大學(xué);2014年

6 朱竹青;數(shù)字全息在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量和信息隱藏中的應(yīng)用研究[D];南京師范大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳竹;基于數(shù)字全息術(shù)的光學(xué)元件表面疵病三維形貌測(cè)量技術(shù)研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2017年

2 魏永靜;基于雙波長(zhǎng)數(shù)字全息術(shù)的三維形貌測(cè)量技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2016年

3 甄艷坤;單次相移數(shù)字全息術(shù)的研究[D];陜西師范大學(xué);2004年

4 李世揚(yáng);數(shù)字全息術(shù)在微結(jié)構(gòu)測(cè)量中的應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

5 賈恒磊;數(shù)字全息術(shù)研究碳鋼的縫隙腐蝕和鐵的陽(yáng)極電化學(xué)振蕩[D];山東大學(xué);2009年

6 王亮;數(shù)字全息術(shù)檢測(cè)合金材料的劃痕腐蝕與應(yīng)力腐蝕開裂的探索性研究[D];山東大學(xué);2010年

7 李艷;基于數(shù)字全息術(shù)的溫度場(chǎng)及粗糙度測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2010年

8 韓正英;基于數(shù)字全息術(shù)的水下氣泡場(chǎng)探測(cè)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

9 李志;基于空間光調(diào)制器的菲涅爾非相干相關(guān)數(shù)字全息術(shù)的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

10 趙雅晶;全數(shù)字全息術(shù)在信息安全方面的應(yīng)用[D];暨南大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2823808