本文關(guān)鍵詞：基于超振蕩原理的超分辨透鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)與制備

  更多相關(guān)文章： 超分辨 超振蕩 衍射理論 優(yōu)化模型 性能測(cè)試

【摘要】：由于光學(xué)衍射極限的存在,光學(xué)系統(tǒng)的分辨率受到極大的限制,因此,突破衍射極限實(shí)現(xiàn)光學(xué)超分辨聚焦和成像成為科學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,光學(xué)超分辨技術(shù)在超微細(xì)光刻、生物/醫(yī)學(xué)超分辨成像觀測(cè)、粒子操縱、高密度數(shù)據(jù)記錄及存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有十分重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。目前,通過平面金屬薄膜納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)超分辨的方式主要有兩種:一種是利用表面等離子體恢復(fù)和放大倏逝波并使其參與成像,但是該方法實(shí)現(xiàn)的工作距離很小,難以在準(zhǔn)遠(yuǎn)場及遠(yuǎn)場實(shí)現(xiàn)超分辨;另一種方式是根據(jù)光學(xué)超振蕩原理通過精細(xì)調(diào)節(jié)衍射光束干涉?zhèn)鞑ミ^程能夠在遠(yuǎn)場區(qū)域形成具有超振蕩特性的亞波長光斑。本文通過對(duì)光學(xué)超振蕩實(shí)現(xiàn)超分辨的機(jī)理進(jìn)行分析,研究超振蕩透鏡聚焦性能的可控性矢量優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,并對(duì)超振蕩透鏡的聚焦性能進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試,完成對(duì)理論優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的驗(yàn)證分析。本文主要研究內(nèi)容如下:1.探究光學(xué)超振蕩實(shí)現(xiàn)超分辨的機(jī)理,并對(duì)目前超振蕩透鏡的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入分析。研究發(fā)現(xiàn):衍射極限只是一種實(shí)際上的限制,根據(jù)光學(xué)超振蕩現(xiàn)象,衍射光斑的尺寸在理論上是沒有極限的,關(guān)鍵在于處理好聚焦光斑與旁瓣能量之間的關(guān)系。針對(duì)超振蕩透鏡聚焦性能的可控性問題等,提出建立多目標(biāo)多約束優(yōu)化設(shè)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)透鏡亞衍射極限聚焦的精確可控。2.針對(duì)衍射相關(guān)的理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析,確定矢量衍射理論對(duì)超振蕩透鏡設(shè)計(jì)具有普適性并推導(dǎo)不同偏振態(tài)下透鏡的衍射光場分布。通過時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)對(duì)不同孔徑下圓孔衍射的強(qiáng)度分布進(jìn)行仿真分析并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了矢量衍射理論對(duì)超振蕩透鏡設(shè)計(jì)的有效性。3.基于矢量角譜理論建立了超振蕩透鏡亞衍射極限光斑和亞衍射極限光針優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。采用遺傳算法和快速漢克爾變換算法編制Matlab優(yōu)化求解程序。利用FDTD對(duì)超振蕩透鏡理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果基本吻合,從而證明了本設(shè)計(jì)模型能夠較好地實(shí)現(xiàn)超振蕩透鏡聚焦性能的可控性優(yōu)化設(shè)計(jì)。4.根據(jù)超振蕩透鏡的結(jié)構(gòu)特征結(jié)合微納米加工技術(shù)的特點(diǎn),采用聚焦離子束(focused ion beam,FIB)納米加工技術(shù)完成器件的制備。同時(shí),利用尼康倒置顯微鏡光路系統(tǒng)搭建透鏡性能測(cè)試平臺(tái)并對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并分析誤差產(chǎn)生的原因。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是提出并建立了多目標(biāo)多約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,實(shí)現(xiàn)了超振蕩透鏡的可控性優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：超分辨 超振蕩 衍射理論 優(yōu)化模型 性能測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 平面金屬薄膜納米結(jié)構(gòu)透鏡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 表面等離子體透鏡13-14
• 1.2.2 光學(xué)超振蕩透鏡14-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 超振蕩透鏡及其設(shè)計(jì)相關(guān)理論基礎(chǔ)18-36
• 2.1 光學(xué)超分辨與超振蕩理論18-23
• 2.1.1 光學(xué)超分辨18-20
• 2.1.2 光學(xué)超振蕩現(xiàn)象20-21
• 2.1.3 基于光學(xué)超振蕩實(shí)現(xiàn)超分辨21-23
• 2.2 標(biāo)量衍射理論23-30
• 2.2.1 基爾霍夫衍射理論 (Kirchhoff Diffraction Theory)23-27
• 2.2.2 標(biāo)量瑞利-索末菲衍射理論 (Scalar R-S Diffraction Theory)27-28
• 2.2.3 標(biāo)量角譜理論 (Scalar Angular Spectrum Theory)28-30
• 2.3 矢量衍射理論30-32
• 2.3.1 矢量瑞利-索末菲衍射理論 (Vectorial R-S Diffraction Theory)30-31
• 2.3.2 矢量角譜理論 (Vectorial Angular Spectrum Theory)31
• 2.3.3 兩種矢量衍射理論的等價(jià)性31-32
• 2.4 遺傳算法32-35
• 2.4.1 遺傳算法的基本原理33
• 2.4.2 遺傳算法計(jì)算流程33-34
• 2.4.3 多目標(biāo)遺傳算法34-35
• 2.5 本章小節(jié)35-36
• 第3章 超振蕩透鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)方法36-54
• 3.1 不同偏振態(tài)下超振蕩透鏡電場分布36-39
• 3.2 簡單圓孔衍射分析39-41
• 3.3 光斑超分辨聚焦的可控性優(yōu)化設(shè)計(jì)41-48
• 3.3.1 數(shù)學(xué)模型41-43
• 3.3.2 算法實(shí)現(xiàn)43-45
• 3.3.3 結(jié)果分析45-47
• 3.3.4 尺度效應(yīng)47-48
• 3.4 超振蕩光針的可控性優(yōu)化設(shè)計(jì)48-53
• 3.4.1 數(shù)學(xué)模型49-50
• 3.4.2 結(jié)果分析50-52
• 3.4.3 理論驗(yàn)證52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第4章 超振蕩透鏡的加工與性能測(cè)試54-60
• 4.1 超振蕩透鏡的制備54-55
• 4.2 超振蕩透鏡性能測(cè)試55-58
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試的關(guān)鍵因素分析55-56
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析56-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 第5章 總結(jié)與展望60-62
• 5.1 總結(jié)60
• 5.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況66-68
• 致謝68-69

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2 李金宗,黃建明,李冬冬;基于理想采樣的快速超分辨算法[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

3 許小劍,黃培康;飛行器散射中心的超分辨力診斷[J];宇航學(xué)報(bào);1993年04期

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5 盛衛(wèi)星,方大綱,楊正龍,李展;一般非綜合孔徑雷達(dá)方位超分辨研究[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2000年04期

6 謝良貴 ,姜新發(fā);正交化超分辨算法的誤差靈敏度分析[J];現(xiàn)代防御技術(shù);1992年05期

7 殷軍,朱兆達(dá);超分辨距離-多普勒成像的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法[J];航空學(xué)報(bào);1992年12期

8 蔡歡慶;匡翠方;王軼凡;葛劍虹;劉旭;;基于寬場隨機(jī)熒光漂白的超分辨顯微方法[J];中國激光;2013年11期

9 劉帥;葉燃;曹玲玲;;一種可移動(dòng)超分辨成像系統(tǒng)的制備及其性質(zhì)研究[J];應(yīng)用光學(xué);2014年03期

10 王磊;王剛;許博謙;;一種基于移相技術(shù)的圖像超分辨方法[J];長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年06期

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1 喬延利;葉松;方黎;洪津;方勇華;荀毓龍;;超分辨空間外差光譜成像技術(shù)[A];第六屆成像光譜技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)文集[C];2006年

2 于建強(qiáng);袁景和;方曉紅;;超分辨多功能熒光顯微成像[A];中國化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第03分會(huì)：分析可視化及交叉學(xué)科新方法[C];2014年

3 李大勇;吳樂南;;特定條件下的圖像超分辨重建快速算法[A];第十三屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

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本文編號(hào)：810377