近年來,突破衍射極限,不斷提高光學成像系統(tǒng)分辨率成為了光學研究領域的一大熱點。20世紀初期至今,科研人員提出了多種實現(xiàn)光學超分辨的方法。且伴隨著光學成像分辨率的不斷提高,超分辨顯微成像已經(jīng)應用在了生物醫(yī)學、材料、化學、光譜成像等各個領域。但目前常見的超分辨顯微成像技術通常需要進行熒光標記,對于生物樣品具有一定的光毒性。本文采用的基于超振蕩透鏡的非標記超分辨光學顯微技術,可以有效的解決這一問題,具有良好的研究前景。本文的主要工作包括:(1)介紹了超分辨顯微技術的研究背景、研究意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,從而提出本文的研究目標和研究內(nèi)容。(2)介紹了點擴展函數(shù)和圓偏振光的相關理論,并推導了圓偏振光矢量角譜傳播公式。(3)簡單介紹了粒子群優(yōu)化算法,并利用粒子群優(yōu)化算法結合圓偏振光矢量角譜衍射公式設計得到半徑為650λ,焦距為200λ,數(shù)值孔徑為0.956,半高全寬為0.379λ,旁瓣比34.989%的點聚焦器件,在焦平面處突破了0.397λ的超振蕩極限。(4)介紹了基于超振蕩透鏡的非標記超分辨光學顯微系統(tǒng)的基本工作原理,搭建了超分辨光學顯微系統(tǒng)及其前端光路,完成包含編寫系統(tǒng)控制程序、數(shù)據(jù)處理程序以及圖像重建程序的上位機軟件,介紹了該上位機軟件的基本組成模塊及其功能,并對調(diào)用動態(tài)鏈接庫、多線程控制以及數(shù)據(jù)處理和圖像重建進行了簡單介紹。(5)實驗測得基于圓偏振光矢量角譜衍射公式和粒子群算法的設計方法所設計的超振蕩透鏡在焦平面上X方向半高全寬達到0.381λ,突破了超振蕩極限0.397λ,Y方向半高全寬達到0.413λ,突破了衍射極限0.523λ,接近超振蕩極限。(6)綜合考慮,選擇了本組設計的更適合于超分辨光學顯微的聚焦成超長光針的菲涅爾波帶片作為顯微成像實驗所用的超振蕩透鏡,驗證其聚焦性能,實驗得到長達88.263λ的超長光針,突破衍射極限的部分達到67.902λ。(7)從超長光針中選擇對稱性和均勻性良好的聚焦光斑作為顯微成像的掃描光束,對亞波長光柵進行非標記遠場超分辨顯微成像相關測試,實現(xiàn)了λ/3的超分辨顯微成像。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

機光重構顯微成像技術、受激發(fā)射損耗顯微成像技術、結構光照明、基于超振蕩效應的共聚焦掃描顯微成像技術。 近場掃描顯微成像技術研究現(xiàn)狀928 年，Edward Synge 提出光透過一個刻有亞波長小孔的薄的、不透照明位于距該金屬板亞波長距離的樣品，通過掃描成像，得到一個破衍射極限的圖像[4]。上世紀 80 年代初由 Pohl 等人在實驗上得以實紀九十年代，Keilmann 等人提出了一種散射型的近場掃描顯微技術，20分析計算了探針與樣品之間相互作用，當入射波長為 10μm，探針，探針與樣品間距為 100nm 時，在實驗上得到了 λ/100 的成像分辨率年來，近場掃描顯微成像技術衍生出很多新的方法。2014 年，Maga 研究小組提出一種基于雙曲透鏡陣列的光學顯微技術，該小組將雙置在光學顯微鏡中，從而放大小于衍射極限的樣品細節(jié)，如圖 1.1（成像分辨率提高到未放置雙曲透鏡陣列前的 10 倍以上，如圖 1.1（在入射波長為 633nm 時，成功分辨出孔直徑為 60nm，中心距離為 7[33]。

重慶大學碩士學位論文年，LIANG PAN 研究小組提出一種用于近場光學光刻和成像元耦合模型 PPL，如圖 1.2（a）所示。與傳統(tǒng)的激發(fā)局部狹縫或的方法不同，該模型采用等離子體激元與樣品在豎直方向上直，具有很高的耦合效率，可以用作反射式的近場成像。在波長下，經(jīng)該結構得到的半高全寬 FWHM 為 17nm 的聚焦光斑，如表面等離子體激元耦合模型用作近場成像，照明光源由結構后面反射，在結構后方進行探測，成功分辨了兩個直徑為 60nm 的兩個小孔，如圖 1.2（c、d）所示[34]。

圖 1.3 隨機光重構顯微成像技術。（a）隨機光重構顯微成像技術原理示意圖；（b）單個點擴展函數(shù)的熒光圖像；（c）對一個熒光開關分子 20 次成像定位實驗結果圖（標尺為 20nm）；（d）對一個熒光開關分子 20 次成像定位實驗結果矯正后效果圖；（e）中心位置標準差的柱狀圖Fig.1.3 Stochastic optical reconstruction microscopy(STORM). (a) Schematic diagram of theprinciple of STORM; (b) The point spread function of single switch; (c) The center position of asingle switch for 20 image cycles; (d) The center position of a single switch for 20 image cycles aftercorrection. A histogram of the standard deviation of the central position.2008 年，zhuang 研究小組在之前的基礎上[36]，提出了三維隨機光重構顯微成像技術，采用的方法是在成像路徑上加入一個柱面鏡，如圖 1.4a 所示，結果證明，隨著在 Z 方向距離的變化，熒光圖像的橢圓率以及橢圓的方向都在發(fā)生變化。其中在等效焦平面處，為圓形光斑，當樣品與物鏡的距離大于等效焦距時，橢圓長軸沿 X 軸方向，反之，當樣品與物鏡的距離小于等效焦距時，橢圓長軸沿 Y 軸方向，利用二維橢圓高斯擬合公式，可以得到峰值位置和沿 XY 方向的寬度 Wx、Wy。該小組以固定的用 Alexa 647 標記的鏈霉親和素的單個分子進行成像，其中
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;我國學者在無標記遠場超分辨領域取得突破[J];前沿科學;2017年01期

2 雷銘;孫育杰;李輝;;“超分辨成像”專題前言[J];光學學報;2017年03期

3 王超;張雅琳;姜會林;李英超;江倫;付強;韓龍;;超分辨成像方法研究現(xiàn)狀與進展[J];激光與紅外;2017年07期

4 李樂;趙鳳群;;一種基于偏微分方程的圖像超分辨方法[J];計算機系統(tǒng)應用;2010年09期

5 周輝;趙曉楓;阮昊;;光學超分辨技術在高密度光存儲中的應用[J];激光與光電子學進展;2007年02期

6 郭斌均,莊松林;光學系統(tǒng)超分辨的光源編碼技術[J];光學學報;1988年11期

7 E.Brookner;J.M.Howell;孫炳生;;自適應—自適應陣列處理[J];現(xiàn)代雷達;1988年Z1期

8 郭斌均;莊松林;陳持平;;實用高清晰度成像的光源方法[J];光學儀器;1989年04期

9 彭應寧;鄭玉寶;;超分辨陣列處理技術[J];現(xiàn)代雷達;1989年04期

10 郭曉鋒;亓波;史建亮;;序列圖像超分辨重建技術研究[J];國外電子測量技術;2018年08期

相關博士學位論文 前10條

1 趙澤宇;超分辨定位成像中的大視場照明方法研究[D];華中科技大學;2017年

2 張鑫;雷達方位超分辨關鍵技術研究[D];大連海事大學;2018年

3 張永超;機載雷達前視虛擬陣列超分辨成像方法研究[D];電子科技大學;2018年

4 高輝;基于幾何相位超表面的超分辨成像功能器件研究[D];中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所);2018年

5 趙麗娜;自適應光學瞳面濾波超分辨成像技術及其對視功能的影響研究[D];電子科技大學;2018年

6 王海軍;基于高斯過程回歸的單幀圖像超分辨重建算法[D];西安電子科技大學;2016年

7 劉海濤;實現(xiàn)光學超分辨的衍射器件設計方法研究[D];清華大學;2005年

8 曹順;微納超材料結構的超分辨成像和超吸收特性的研究[D];中國科學院長春光學精密機械與物理研究所;2017年

9 王雪花;基于單分子熒光閃爍的快速超分辨顯微方法和實驗研究[D];深圳大學;2017年

10 管金稱;基于統(tǒng)計優(yōu)化的雷達掃描波束超分辨[D];電子科技大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 李聶;基于深度學習的單幅人臉圖像超分辨研究[D];南京理工大學;2018年

2 李金航;基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的多通道圖像超分辨方法[D];南京理工大學;2018年

3 章陶;基于超振蕩現(xiàn)象的寬帶遠場超分辨成像方法研究[D];重慶大學;2018年

4 武靖;基于超振蕩透鏡的非標記超分辨光學顯微技術[D];重慶大學;2018年

5 孔繁慧;基于低通濾波的超分辨關聯(lián)成像[D];遼寧大學;2018年

6 夏陽;利用微球超分辨效應觀察運動熒光微球的研究[D];南京師范大學;2018年

7 鄧蕓;級聯(lián)型微球透鏡超分辨成像的特性研究[D];南京師范大學;2018年

8 鄒貞貞;基于稀疏表示和深度學習的液滴圖像超分辨重建[D];中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心);2018年

9 張甦;寬場超分辨光學閃爍成像技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

10 丁予康;基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像超分辨方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

本文編號：2860076