本文關(guān)鍵詞：基于貝塞爾光束和相位成像的非線性光學顯微

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【摘要】：非線性光學顯微成像是基于光學非線性效應(yīng)產(chǎn)生的信號對比機制對微觀物體進行成像的顯微方法。該方法具有化學組分選擇性,能對特定的分子、化學鍵進行高襯度成像。非線性過程對激發(fā)光強的非線性依賴關(guān)系,使得非線性光學顯微具有較高的空間分辨能力和成像深度,在生物醫(yī)學研究中發(fā)揮著重要作用。本論文主要研究基于特殊照明和相位成像的非線性光學顯微方法,以期望進一步提高非線性光學顯微的成像深度并抑制背景噪聲,主要完成了以下研究工作:1)理論研究了基于貝塞爾光束的雙光子熒光顯微成像方法。將角譜理論和散射介質(zhì)分層傳輸模型相結(jié)合,提出了一種雙光子熒光顯微過程的模擬方法。利用該方法研究貝塞爾光束的產(chǎn)生、在散射介質(zhì)中傳輸及其激發(fā)雙光子熒光和熒光收集的整個過程。模擬結(jié)果表明,基于貝塞爾光束的雙光子熒光顯微技術(shù)具有較高的成像深度和成像速度。2)實驗上采用空間光調(diào)制器產(chǎn)生了參數(shù)可調(diào)節(jié)的貝塞爾光束,實現(xiàn)了對貝塞爾光束中心光斑大小及其焦深長度等實驗參數(shù)的實時調(diào)節(jié)。同時,采用散射介質(zhì)分層傳輸模型和角譜理論相結(jié)合的方法,研究了實驗參數(shù)對貝塞爾光束傳輸過程中中心光斑自愈合快慢的影響,得出了一系列對實驗具有指導意義的結(jié)果。3)提出一種基于貝塞爾光束用作泵浦光(Pump beam)和高斯光束用作斯托克斯光(Stokes beam)的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微方法。通過相位成像方法獲得遠場CARS的復振幅分布,根據(jù)逆矩陣法可以獲取樣品的三維結(jié)構(gòu)分布�；谠撎厥獾恼彰鞣绞�,CARS顯微具有較長的焦深和軸向分辨能力。4)研究了兩種單光束相位成像方法。一種是基于頻譜調(diào)制的相襯成像方法,該方法首次實現(xiàn)了相襯圖樣的襯度可調(diào),而且還可以對物體的相位信息進行定量測量。另一種是基于結(jié)構(gòu)照明的單光束相位成像方法,該方法將結(jié)構(gòu)照明和單光束相位成像技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)對相位物體(如透明生物樣品)的分辨率增強成像。5)提出一種基于相位成像的寬場CARS顯微去噪聲方法。通過記錄不同軸向位置處CARS信號的強度分布,采用光傳輸方程和基于迭代的相位成像方法獲取寬場CARS成像的相位分布。利用共振CARS和非共振背景信號在相位上的差異,實現(xiàn)了對背景噪聲的抑制。由于該方法可在保持原有CARS顯微裝置的基礎(chǔ)上有效抑制背景噪聲,因此具有良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：非線性光學顯微 雙光子顯微 貝塞爾光束 相位成像 相干反斯托克斯拉曼散射顯微
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O437
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 專業(yè)名詞中英文對照表9-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 光學顯微技術(shù)概況13-16
• 1.2 非線性光學顯微的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢16-21
• 1.2.1 雙光子熒光顯微17
• 1.2.2 二次諧波顯微17-18
• 1.2.3 相干反斯托克斯拉曼散射顯微18-19
• 1.2.4 非線性光學顯微技術(shù)存在的不足和研究熱點19-21
• 1.3 非線性光學顯微的傳統(tǒng)研究方法21-23
• 1.3.1 幾何光學方法21-22
• 1.3.2 物理光學方法22-23
• 1.4 本論文的目的和意義23-24
• 1.5 論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排24-26
• 第二章 基于貝塞爾光束的雙光子熒光顯微理論研究26-46
• 2.1 雙光子熒光顯微基礎(chǔ)簡介26-29
• 2.1.1 工作原理-共聚焦熒光顯微26-27
• 2.1.2 工作原理-雙光子熒光顯微27
• 2.1.3 雙光子熒光顯微的特點27-28
• 2.1.4 雙光子熒光顯微的應(yīng)用28-29
• 2.2 貝塞爾光束29-30
• 2.3 基于貝塞爾光束的雙光子熒光顯微30-44
• 2.3.1 理論研究方法簡介31-34
• 2.3.2 成像過程的數(shù)值模擬34-44
• 2.4 小結(jié)44-46
• 第三章 貝塞爾光束在散射介質(zhì)中傳輸?shù)膶嶒炑芯?/span>46-59
• 3.1 空間光調(diào)制器簡介46-49
• 3.1.1 概述46-47
• 3.1.2 液晶空間光調(diào)制器的工作原理47-49
• 3.2 貝塞爾光束的產(chǎn)生及其參數(shù)控制49-53
• 3.2.1 貝塞爾光束的產(chǎn)生50-52
• 3.2.2 貝塞爾光束的參數(shù)控制52-53
• 3.3 貝塞爾光束在散射介質(zhì)中傳輸53-58
• 3.3.1 數(shù)值模擬53-55
• 3.3.2 實驗研究55-58
• 3.4 小結(jié)58-59
• 第四章 貝塞爾光束在CARS顯微中的應(yīng)用研究59-77
• 4.1 CARS顯微成像概論59-62
• 4.1.1 CARS顯微成像的基礎(chǔ)知識59-60
• 4.1.2 CARS顯微裝置60-61
• 4.1.3 CARS顯微應(yīng)用61-62
• 4.2 基于貝塞爾光束的CARS顯微成像研究62-75
• 4.2.1 CARS成像實驗裝置介紹63-65
• 4.2.2 CARS成像計算方法介紹65-68
• 4.2.3 CARS成像過程理論和實驗研究68-71
• 4.2.4 基于貝塞爾光束的CARS成像特點71-75
• 4.3 小結(jié)75-77
• 第五章 單光束相位成像技術(shù)研究77-91
• 5.1 相位成像概況77-79
• 5.2 條紋對比度可調(diào)相位相襯顯微79-84
• 5.2.1 實驗方法及原理79-81
• 5.2.2 實驗結(jié)果和討論81-84
• 5.3 基于結(jié)構(gòu)照明單光束相位成像84-90
• 5.3.1 實驗裝置84-85
• 5.3.2 相位再現(xiàn)方法85-89
• 5.3.3 相位成像分辨率的提高89-90
• 5.4 小結(jié)90-91
• 第六章 寬場CARS相位成像去背景研究91-106
• 6.1 CARS顯微成像中的背景91-93
• 6.1.1 CARS顯微成像中的背景噪聲91-93
• 6.1.2 常見CARS去背景方法93
• 6.2 寬場CARS相位成像去背景理論93-98
• 6.2.1 寬場CARS相位成像原理93-96
• 6.2.2 TIE方程簡介96-97
• 6.2.3 迭代相位獲取法簡介97-98
• 6.3 基于相位成像的CARS去背景研究-數(shù)值模擬98-101
• 6.3.1 基于TIE方法的CARS相位成像98-100
• 6.3.2 基于迭代相位獲取法的CARS相位成像100-101
• 6.4 基于相位成像的CARS去背景研究-實驗研究101-104
• 6.4.1 實驗裝置101-102
• 6.4.2 基于TIE方法相位成像的CARS去背景研究102-103
• 6.4.3 基于迭代相位獲取法相位成像的CARS去背景研究103-104
• 6.5 小結(jié)104-106
• 第七章 總結(jié)和展望106-108
• 參考文獻108-126
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果126-128

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