傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率僅能達到λ/2左右,微球輔助光學顯微鏡進行超分辨率成像成為一種非常簡單的納米尺度結(jié)構(gòu)可視化的方法。本文從微球的形狀、微球的浸沒程度,以及樣品表面特性對微球的成像性能的影響進行了研究,并試圖從中找出提高其成像性能的方法。論文的主要內(nèi)容:1、針對樣品表面鍍有粗糙度數(shù)值不同的兩種銀膜對直徑為15 μm的BTG微球成像效果的影響展開了研究。實驗結(jié)果表明,當粗糙度數(shù)值從3.23 nm增大到6.80 nm時,使用BTG微球?qū)χ睆綖?50 nm和580 nm的二氧化硅微球陣列樣品進行觀測,樣品的像面范圍(Irange of focal image position,RFIP)有了明顯的增大,而且分辨率也在增加,原先不能分辨的直徑200 nm的微球陣列也可以被分辨。在一定程度上,鍍膜的表面粗糙度數(shù)值的增大會增強光的散射,進而促使大角度散射光攜帶更多的信息進入成像系統(tǒng),此外表面等離激元波的局域場增強效應可以將更多的物體信息耦合進微球,進而顯著地提高了微球的成像性能。2、用SU-8(n=1.60)作為背景介質(zhì),通過控制甩膠機以6000、4000和2500 rpm三種不同轉(zhuǎn)速使其粘附在直徑為10 μm的聚苯乙烯(polystyrene,PS,n=1.60)微球表面,形成不同結(jié)構(gòu)的微透鏡A、B和C,微透鏡D為球形微透鏡,發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的微透鏡具有不同的成像性能。三種結(jié)構(gòu)的微透鏡均可清晰分辨周期為300nm,間隙為100 nm的條紋陣列,但成像放大率不同,微透鏡B的成像放大率最大,為3.3X~5.2X。并且微透鏡B能夠分辨另外兩種結(jié)構(gòu)的微透鏡不能分辨間隙為150 nm的金屬點陣樣品。我們用COMSOL軟件對不同結(jié)構(gòu)的微球透鏡在平面波照射下的光強分布進行了模擬,發(fā)現(xiàn)微透鏡B具有最小光子納米噴流束腰寬度。此外,通過ZEMAX軟件對不同微透鏡的像差進行了模擬,發(fā)現(xiàn)微透鏡B的球差與球形微透鏡D相比明顯降低。3、利用氫氟酸腐蝕光纖,制備出不同尺寸的圓柱形微米透鏡,然后利用這些微透鏡輔助光學顯微鏡對藍光光碟和DVD光碟的條紋進行成像,發(fā)現(xiàn)能夠清晰分辨DVD光碟的條紋,而不能分辨藍光光碟條紋。通過分析COMSOL軟件模擬得出的結(jié)果,我們推測圓柱形微米透鏡未能輔助光學顯微鏡進行超分辨成像的原因可能是利用氫氟酸腐蝕光纖時,光纖未能被均勻腐蝕,使得其表面凹凸不平。
【學位單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH742;TP391.41
【部分圖文】：

１．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??２００９年，Ｌｅｅ等［３９！利用有機分子自組裝法制備出不同尺寸的的半球狀微透鏡，??微透鏡的掃描電鏡圖如圖１．１（ａ）所示。??ＣＨＧ＾Ｕ，：?Ａ?ｆｌｆｉｆｆｌ?ｎＰ＾Ｗ??圖１．１微透鏡的掃描電鏡圖及微透鏡的成像圖引自文獻［３９］??為了研究這些微透鏡的成像特性，如圖１．１（ｂ）－１．１（ｆ）所示，他們用一個直徑為２??Ｈｍ的微透鏡輔助光學顯微鏡對周期為２５０?ｎｍ的條紋陣列進行成像，發(fā)現(xiàn)原本在傳??統(tǒng)光學顯微鏡下無法觀察到的條紋陣列，現(xiàn)在可以清晰分辨，并且發(fā)現(xiàn)微透鏡對樣??品具有放大作用。由此可見，微透鏡能夠提高傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨能力。圖１．１（ｂ）??和１．１（ｃ）分別為直徑為２?ｎｍ的微透鏡凸面朝下和凸面朝上的成像結(jié)果圖，發(fā)現(xiàn)兩者??之間存在明顯差異，微透鏡凸面朝下時的成像放大率略小于微透鏡凸面朝上時的成??像放大率。并且微透鏡凸面朝下時圖像存在畸變

?靈??圖１．２微透鏡的成像過程示意圖引自文獻［３９】??為了研宄微透鏡能夠輔助光學顯微鏡進行超分辨成像的理論解釋，如圖１．３（ａ）－??１．３（ｄ）所示，Ｌｅｅ等分別采用幾何光學軟件及波動光學軟件進行了模擬，發(fā)現(xiàn)利用幾??何光學軟件模擬計算得出的焦點位置與利用波動光學軟件模擬計算得出的焦點位??置存在差異。文中認為存在差異的原因是微透鏡的尺寸很小，為微納米量級，光通??過透鏡時會發(fā)生散射等現(xiàn)象，因此幾何光學的相關(guān)理論不適用，用波動光學進行解??釋更為合理。此外，如圖１．３（ｂ）－１．３（ｄ）所示，當微透鏡直徑從０．８微米增大到４微米??時，微透鏡的焦點位置也從０．８５Ｈ增大到１．６８Ｈ，即隨著微透鏡尺寸的増加，焦點??位置會遠離微透鏡。??■Ｖｚ：＂?Ｈ?ｔ?０??Ｙ７?？??Ｉ?ｌｓａｉ??／?／／�。撸�?＼??／?＂／／ｎ＇＼＼?＼?－１．５－１．０－０．５?０．０?ＯＪＳ?１

／Ｔ?靈??圖１．２微透鏡的成像過程示意圖引自文獻［３９】??為了研宄微透鏡能夠輔助光學顯微鏡進行超分辨成像的理論解釋，如圖１．３（ａ）－??１．３（ｄ）所示，Ｌｅｅ等分別采用幾何光學軟件及波動光學軟件進行了模擬，發(fā)現(xiàn)利用幾??何光學軟件模擬計算得出的焦點位置與利用波動光學軟件模擬計算得出的焦點位??置存在差異。文中認為存在差異的原因是微透鏡的尺寸很小，為微納米量級，光通??過透鏡時會發(fā)生散射等現(xiàn)象，因此幾何光學的相關(guān)理論不適用，用波動光學進行解??釋更為合理。此外，如圖１．３（ｂ）－１．３（ｄ）所示，當微透鏡直徑從０．８微米增大到４微米??時，微透鏡的焦點位置也從０．８５Ｈ增大到１．６８Ｈ
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本文編號：2872198