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

  更多相關(guān)文章： 共聚焦顯微鏡 掃描振鏡 Labview 單光子計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)原理

【摘要】：隨著激光,計(jì)算機(jī),自動(dòng)化技術(shù)日新月異的發(fā)展,顯微成像技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。共聚焦顯微鏡技術(shù)則因其獨(dú)特的快速掃描成像能力和成像分辨率等方面的優(yōu)點(diǎn),在生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)、半導(dǎo)體、電子樣品檢測(cè)等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)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(zhǎng)激光光源的共聚焦顯微鏡系統(tǒng),應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)相關(guān)樣品進(jìn)行成像。并且對(duì)一類(lèi)半導(dǎo)體光子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)原理展開(kāi)探究和數(shù)學(xué)建模,分析出該光子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)原理并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。展開(kāi)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(shè)計(jì)思路；(2)對(duì)共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的光路組成,電路模塊,機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),選購(gòu)定制相關(guān)部件模塊,搭建出基于二維掃描振鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面進(jìn)行快速掃描的共聚焦顯微鏡系統(tǒng)；(3)設(shè)計(jì)X方向利用鋸齒波信號(hào)實(shí)現(xiàn)快速掃描,Y方向利用步進(jìn)方波信號(hào)實(shí)現(xiàn)入射光線(xiàn)偏轉(zhuǎn)的掃描方案,利用Labview圖形化編程軟件編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)控制程序,實(shí)現(xiàn)共聚焦顯微鏡系統(tǒng)自動(dòng)化掃描成像。(4)對(duì)搭建完成的共聚焦顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試成像,并且對(duì)成像的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行分析。系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)如下：(Ⅰ)工作波長(zhǎng)：1550nm；(Ⅱ)成像速度：3.2秒每幅；(Ⅲ)系統(tǒng)光學(xué)分辨率：0.9,um；(Ⅳ)掃描步進(jìn)長(zhǎng)度：縱向60 nm,橫向1.5μm.對(duì)于光柵測(cè)試靶250線(xiàn)對(duì)/mm部分可以完美成像；(V)光傳輸效率：理論計(jì)算值：5.6%,實(shí)驗(yàn)測(cè)量值：3%；(Ⅵ)掃描控制：利用計(jì)算機(jī)和控制模塊實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制測(cè)量；(5)共聚焦顯微鏡系統(tǒng)中使用InGaAs半導(dǎo)體光電探測(cè)器作為其光信號(hào)收集處理裝置,InGaAs半導(dǎo)體單光子探測(cè)器具備探測(cè)性能強(qiáng),集成度高等優(yōu)勢(shì),在光譜分析和量子通信等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。以ID Quantique公司出品的ID-201半導(dǎo)體單光子計(jì)數(shù)器為研究對(duì)象,結(jié)合計(jì)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(jì)數(shù)光子時(shí)的內(nèi)部過(guò)程,推導(dǎo)出每秒鐘光子計(jì)數(shù)值和該計(jì)數(shù)器幾個(gè)重要參數(shù)觸發(fā)頻率(trigger frequency),門(mén)脈沖寬度(gate width),門(mén)強(qiáng)制關(guān)閉時(shí)間(dead time),探測(cè)效率(detection efficiency)之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在求解完表達(dá)式之后,利用1550nm激光器作為ID-201的輸入光源,在各種不同實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)該表達(dá)式的正確性進(jìn)行了檢驗(yàn)。
【關(guān)鍵詞】：共聚焦顯微鏡 掃描振鏡 Labview 單光子計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)原理
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(jiǎn)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(lèi)型和簡(jiǎn)介17-19
• 1.6 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的應(yīng)用和前景展望19-20
• 1.7 本文主要研究?jī)?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(dòng)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(dòng)軟件設(shè)計(jì)36-47
• 3.1 Labview圖形化編程軟件介紹36
• 3.2 軟件部分設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)介37-39
• 3.3.2 掃描振鏡驅(qū)動(dòng)電壓波形39-42
• 3.4 數(shù)據(jù)采集和圖像恢復(fù)模塊程序簡(jiǎn)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(shè)計(jì)42-44
• 3.4.2 數(shù)據(jù)循環(huán)采集程序設(shè)計(jì)44-45
• 3.4.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)45
• 3.4.4 數(shù)據(jù)恢復(fù)為二維圖像程序設(shè)計(jì)45-46
• 3.5 軟件設(shè)計(jì)部分小結(jié)46-47
• 第四章 共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)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(guò)程49
• 4.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)量49-53
• 4.5 性能分析53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第五章 ID-201光子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)模型分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證55-68
• 5.1 ID-201半導(dǎo)體光子計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介55-57
• 5.2 光子計(jì)數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立和修正57-63
• 5.3 光子計(jì)數(shù)數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證63-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第六章 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 致謝72-73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1098084