光學成像技術(shù)帶動了人類社會的變革,在生物、物理、化學、醫(yī)學等各學科領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠影響。衍射現(xiàn)象作為光波的一個基本屬性,它限制了光學成像系統(tǒng)的物理分辨率。突破傳統(tǒng)衍射極限,發(fā)展超分辨成像技術(shù)一直是光學領(lǐng)域的熱點話題。隨著先進光學成像理論的發(fā)展,超分辨成像技術(shù)在熒光顯微、近場掃描成像等領(lǐng)域取得了豐碩成果,但是這些方法無法應用于遠場不易操作性目標的觀察。近年來,在遠場光學成像領(lǐng)域,科研人員提出了一種新型光學超衍射器件——超振蕩器件的設(shè)計思想和技術(shù),它不依賴倏逝波提取和熒光標記,實現(xiàn)了遠場超衍射成像,有效突破了阿貝衍射極限的束縛,在先進光學成像研究領(lǐng)域具有十分重要的科學研究價值。本博士論文主要研究了超振蕩器件的設(shè)計及其成像應用的具體實現(xiàn)途徑,該研究在微納光刻、醫(yī)學成像、精密測量、光存儲等領(lǐng)域具有重要理論和應用價值。本論文主要研究內(nèi)容和取得的創(chuàng)新性研究成果具體如下:(1)提出了一種基于二元分離式超振蕩器件的遠場小視場超衍射成像方法,有效克服了現(xiàn)有超衍射成像系統(tǒng)工作距短、離軸成像畸變大等技術(shù)難題。該方法創(chuàng)新之處在于:通過采用分離式超振蕩器件設(shè)計,實現(xiàn)了小視場范圍內(nèi)的無畸變離軸成像;同時,基于標量角...

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 光學衍射極限
    1.2 顯微超分辨成像技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于倏逝場重建的顯微超分辨成像技術(shù)
        1.2.2 熒光顯微超分辨成像技術(shù)
    1.3 超振蕩現(xiàn)象及其光學應用
        1.3.1 超振蕩現(xiàn)象
        1.3.2 光場超振蕩技術(shù)在光學領(lǐng)域中的重要應用
    1.4 本研究領(lǐng)域存在的問題
    1.5 本論文的主要研究內(nèi)容
第2章 衍射光場計算方法和超振蕩基本理論
    2.1 引言
    2.2 衍射光學成像理論
        2.2.1 波前的傳播
        2.2.2 非相干光衍射受限系統(tǒng)的點擴散函數(shù)
        2.2.3 光學非相干成像系統(tǒng)的頻率響應
    2.3 超振蕩基本理論
        2.3.1 超振蕩光場的相位振蕩特性
        2.3.2 超振蕩函數(shù)的帶寬特性和能量特性
    2.4 超振蕩透鏡一般性設(shè)計方法
        2.4.1 光學超振蕩透鏡
        2.4.2 標量超振蕩光場計算基本理論
        2.4.3 矢量超振蕩光場計算基本理論
        2.4.4 超振蕩透鏡典型設(shè)計方法
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于二元超振蕩器件的遠場小視場超衍射成像
    3.1 引言
    3.2 二元超振蕩器件的設(shè)計和優(yōu)化
        3.2.1 光與超振蕩器件的相互作用
        3.2.2 超振蕩器件設(shè)計模型
        3.2.3 超振蕩器件的優(yōu)化求解方法
    3.3 超衍射成像系統(tǒng)成像特性分析
        3.3.1 超衍射成像系統(tǒng)點擴散函數(shù)
        3.3.2 離軸點目標成像
        3.3.3 復雜目標成像
    3.4 基于超衍射點擴散函數(shù)的特征提取算法
        3.4.1 系統(tǒng)局部光學傳遞函數(shù)分析
        3.4.2 基于超衍射點擴散函數(shù)的特征提取算法基本思路
        3.4.3 離散目標的亞衍射特征提取實例
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于復合超振蕩器件的無掃描超衍射成像
    4.1 引言
    4.2 復合超振蕩器件的優(yōu)化設(shè)計模型
        4.2.1 亞孔徑結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)分辨率的影響
        4.2.2 一維超衍射波前設(shè)計
        4.2.3 復合超振蕩器件的優(yōu)化設(shè)計
    4.3 無掃描超衍射成像系統(tǒng)成像特性
        4.3.1 無掃描超衍射成像系統(tǒng)三維點擴散函數(shù)
        4.3.2 透射型目標的超衍射成像特性
    4.4 超衍射成像系統(tǒng)魯棒性
        4.4.1 波前非均勻性對系統(tǒng)超衍射聚焦特性的影響
        4.4.2 系統(tǒng)探測噪聲誤差對成像質(zhì)量的影響
        4.4.3 超振蕩器件的波長帶寬響應
    4.5 本章小結(jié)
第5章 光場相干超衍射聚焦和非相干光超衍射成像實驗研究
    5.1 引言
    5.2 基于空間光調(diào)制器波前調(diào)制的相干超衍射聚焦實驗
        5.2.1 液晶空間光調(diào)制器的調(diào)制機理
        5.2.2 超衍射聚焦光路設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)分析
        5.2.3 相干超衍射聚焦實驗
    5.3 基于4F系統(tǒng)的非相干光超衍射成像實驗
        5.3.1 無掃描超衍射成像系統(tǒng)的基本組成
        5.3.2 超振蕩器件微納加工
        5.3.3 無掃描超衍射成像實驗
        5.3.4 討論
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 未來展望
參考文獻
附錄 縮略詞
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果



本文編號：3849593