本文關鍵詞：1550nm共聚焦顯微鏡研制和單光子計數(shù)器計數(shù)模型研究

  更多相關文章： 共聚焦顯微鏡 掃描振鏡 Labview 單光子計數(shù)器 計數(shù)原理

【摘要】：隨著激光,計算機,自動化技術日新月異的發(fā)展,顯微成像技術也取得了長足的進步。共聚焦顯微鏡技術則因其獨特的快速掃描成像能力和成像分辨率等方面的優(yōu)點,在生物醫(yī)學和工業(yè)、半導體、電子樣品檢測等領域都有非常重要的應用和發(fā)展前景。本文的主要研究目的是搭建并調(diào)試一套基于1550 nm波長激光光源的共聚焦顯微鏡系統(tǒng),應用該系統(tǒng)對相關樣品進行成像。并且對一類半導體光子計數(shù)器的計數(shù)原理展開探究和數(shù)學建模,分析出該光子計數(shù)器的計數(shù)原理并設計實驗加以驗證。展開的具體工作有：(1)分析共聚焦顯微鏡的成像原理,利用菲涅爾衍射函數(shù)和瑞利判據(jù)分析系統(tǒng)的成像分辨率,建立初步的共聚焦顯微鏡設計思路；(2)對共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的光路組成,電路模塊,機械結構進行設計,選購定制相關部件模塊,搭建出基于二維掃描振鏡實現(xiàn)對樣品表面進行快速掃描的共聚焦顯微鏡系統(tǒng)；(3)設計X方向利用鋸齒波信號實現(xiàn)快速掃描,Y方向利用步進方波信號實現(xiàn)入射光線偏轉(zhuǎn)的掃描方案,利用Labview圖形化編程軟件編寫驅(qū)動控制程序,實現(xiàn)共聚焦顯微鏡系統(tǒng)自動化掃描成像。(4)對搭建完成的共聚焦顯微鏡系統(tǒng)進行實驗測試成像,并且對成像的各項數(shù)據(jù)指標進行分析。系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)指標如下：(Ⅰ)工作波長：1550nm；(Ⅱ)成像速度：3.2秒每幅；(Ⅲ)系統(tǒng)光學分辨率：0.9,um；(Ⅳ)掃描步進長度：縱向60 nm,橫向1.5μm.對于光柵測試靶250線對/mm部分可以完美成像；(V)光傳輸效率：理論計算值：5.6%,實驗測量值：3%；(Ⅵ)掃描控制：利用計算機和控制模塊實現(xiàn)全自動控制測量；(5)共聚焦顯微鏡系統(tǒng)中使用InGaAs半導體光電探測器作為其光信號收集處理裝置,InGaAs半導體單光子探測器具備探測性能強,集成度高等優(yōu)勢,在光譜分析和量子通信等領域有廣泛的應用。以ID Quantique公司出品的ID-201半導體單光子計數(shù)器為研究對象,結合計數(shù)器核心部件雪崩光電二極管及其控制電路的工作原理探究其計數(shù)光子時的內(nèi)部過程,推導出每秒鐘光子計數(shù)值和該計數(shù)器幾個重要參數(shù)觸發(fā)頻率(trigger frequency),門脈沖寬度(gate width),門強制關閉時間(dead time),探測效率(detection efficiency)之間的數(shù)學表達式。在求解完表達式之后,利用1550nm激光器作為ID-201的輸入光源,在各種不同實驗條件下,對該表達式的正確性進行了檢驗。
【關鍵詞】：共聚焦顯微鏡 掃描振鏡 Labview 單光子計數(shù)器 計數(shù)原理
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH742;TH724
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)簡介9
• 1.2 共聚焦顯微鏡的發(fā)展歷史9-10
• 1.3 共聚焦顯微鏡的成像原理10-13
• 1.4 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)成像分析13-17
• 1.5 常用共聚焦顯微鏡類型和簡介17-19
• 1.6 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的應用和前景展望19-20
• 1.7 本文主要研究內(nèi)容20-21
• 第二章 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)整體介紹21-36
• 2.1 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)整體介紹21
• 2.2 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)光路分析21-23
• 2.3 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)入射光路23-24
• 2.4 共聚焦掃描振鏡掃描光路24-33
• 2.4.1 掃描振鏡24-27
• 2.4.2 掃描透鏡(f-theta)27-28
• 2.4.3 套筒透鏡(tube-lens)28-29
• 2.4.4 掃描光路原理介紹29-31
• 2.4.5 掃描振鏡驅(qū)動模塊31-32
• 2.4.6 數(shù)據(jù)采集卡32-33
• 2.5 共聚焦顯微鏡收集光路33-36
• 第三章 基于Labview的驅(qū)動軟件設計36-47
• 3.1 Labview圖形化編程軟件介紹36
• 3.2 軟件部分設計總體介紹36-37
• 3.3 軟件模塊介紹37-42
• 3.3.1 掃描振鏡模塊實現(xiàn)簡介37-39
• 3.3.2 掃描振鏡驅(qū)動電壓波形39-42
• 3.4 數(shù)據(jù)采集和圖像恢復模塊程序簡介42-46
• 3.4.1 波形產(chǎn)生和模擬電壓數(shù)據(jù)采集程序設計42-44
• 3.4.2 數(shù)據(jù)循環(huán)采集程序設計44-45
• 3.4.3 數(shù)據(jù)存儲程序設計45
• 3.4.4 數(shù)據(jù)恢復為二維圖像程序設計45-46
• 3.5 軟件設計部分小結46-47
• 第四章 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的調(diào)試應用47-55
• 4.0 整體介紹47
• 4.1 系統(tǒng)搭建47-48
• 4.2 系統(tǒng)調(diào)試48-49
• 4.3 掃描過程49
• 4.4 實驗測量49-53
• 4.5 性能分析53-54
• 4.6 本章小結54-55
• 第五章 ID-201光子計數(shù)器計數(shù)模型分析和實驗驗證55-68
• 5.1 ID-201半導體光子計數(shù)器簡介55-57
• 5.2 光子計數(shù)數(shù)學模型的建立和修正57-63
• 5.3 光子計數(shù)數(shù)學模型的實驗驗證63-67
• 5.4 本章小結67-68
• 第六章 結論68-70
• 參考文獻70-72
• 致謝72-73

【參考文獻】

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本文編號：1098084