本文關(guān)鍵詞：高數(shù)值孔徑物鏡下單微納米球散射光場(chǎng)振幅和相位分布研究

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【摘要】：光學(xué)探測(cè)單個(gè)不發(fā)光的微納米粒子在生物醫(yī)藥與納米光電子學(xué)等領(lǐng)域具有重要研究?jī)r(jià)值,例如重大疾病的早期診斷中可作為分子探針在細(xì)胞層面上實(shí)現(xiàn)分子水平的生物靶標(biāo)探測(cè)。但是利用光學(xué)方法探測(cè)微納米級(jí)的粒子具有很大挑戰(zhàn)性如同大海撈針,因?yàn)闃O其微弱的信號(hào)已經(jīng)淹沒(méi)在強(qiáng)大的背景噪聲中。本課題組在前期的工作中設(shè)計(jì)了正交顯微偏振成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了小到5nm的單個(gè)金納米粒子的探測(cè)。本文利用該系統(tǒng)研究光與高分子聚合物相互作用下散射光場(chǎng)的振幅和相位變化規(guī)律,在該成像系統(tǒng)高靈敏度探測(cè)的支持下旨在研究在生物環(huán)境中無(wú)須標(biāo)記的生物靶標(biāo)的直接成像與尺寸識(shí)別方法。聚苯乙烯微球具有與生物環(huán)境相似的光學(xué)性質(zhì),常用于模擬生物系統(tǒng)。本文以其為生物靶標(biāo),研究了：1)高會(huì)聚光照射下粒子與光相互作用后的散射光場(chǎng)的振幅與相位分布：主要利用正交偏振和外差干涉原理進(jìn)行研究,x方向線偏振光經(jīng)過(guò)高數(shù)值孔徑物鏡后變?yōu)楦邥?huì)聚光,該會(huì)聚光與粒子發(fā)生相互作用并產(chǎn)生散射光場(chǎng),經(jīng)物鏡收集后與y方向偏振的參考光進(jìn)行干涉,進(jìn)而得到y(tǒng)方向的粒子的散射光場(chǎng)振幅和相位分布；2)基于粒子散射光場(chǎng)的振幅和相位圖像分布特征的粒子尺寸確定方法：利用米氏散射和FDTD算法進(jìn)行模擬仿真,對(duì)比分析了單微納米球散射光場(chǎng)振幅和相位圖像分布特征對(duì)單個(gè)微納米粒子尺寸大小的影響,同時(shí)利用本課題組設(shè)計(jì)的正交顯微偏振成像系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,確定了一種通過(guò)振幅和相位圖案區(qū)分識(shí)別不同尺寸的粒子的方法；3)直徑分布在50 nm～1μm粒子對(duì)會(huì)聚光的去偏振貢獻(xiàn)：主要通過(guò)計(jì)算不同大小的粒子散射光場(chǎng)的去偏振轉(zhuǎn)換率與會(huì)聚光源本身的去偏振轉(zhuǎn)換率的相對(duì)比值進(jìn)行分析。本文通過(guò)數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,實(shí)現(xiàn)了直徑分布在50nm～1μm高分子聚合物微納米球的無(wú)標(biāo)記探測(cè)和尺寸確定方法。本論文的創(chuàng)新之處如下：1)分析了高數(shù)值孔徑物鏡下會(huì)聚光場(chǎng)的米氏散射,發(fā)現(xiàn)隨著粒子直徑增加,粒子振幅圖像分布由四瓣結(jié)構(gòu)變?yōu)闅罱Y(jié)構(gòu),粒子相位圖像分布在粒子中心位置的變化趨勢(shì)由幾乎不變、緩慢變化到快速變化；2)確定了一種通過(guò)振幅和相位圖案區(qū)分識(shí)別不同尺寸的粒子的方法：當(dāng)粒子振幅分布圖案為四個(gè)花瓣結(jié)構(gòu),且粒子中心位置處相位分布基本不變時(shí),粒子一般小于200nnm；當(dāng)粒子振幅分布圖案為微弱殼狀結(jié)構(gòu),且粒子中心位置處有緩慢相位變化時(shí),粒子一般小于600nm；當(dāng)粒子振幅分布圖案為明顯殼狀結(jié)構(gòu),且粒子中心位置處有明顯相位跳躍時(shí),粒子一般介于600nm～1μm；3)確定了高數(shù)值孔徑物鏡(NA=1.2)下產(chǎn)生去偏振的最小臨界入射角為37°,可應(yīng)用于FDTD仿真中加快仿真效率。
【關(guān)鍵詞】：高數(shù)值孔徑 單微納米球 振幅 相位
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;R318.51
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 研究目的及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究?jī)?nèi)容12-14
• 2 高數(shù)值孔徑物鏡下單微納米球與會(huì)聚光的相互作用14-25
• 2.1 高數(shù)值孔徑物鏡會(huì)聚光去偏振特性14-16
• 2.2 正交偏振和外差干涉方法基本原理16-19
• 2.3 散射光場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法19-24
• 2.3.1 米氏散射理論19-21
• 2.3.2 FDTD基本原理21-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 基于米氏散射和FDTD算法的數(shù)值模擬與分析25-43
• 3.1 單微納米球振幅和相位散射光場(chǎng)分布數(shù)值模擬25-30
• 3.1.1 基于Mie氏散射理論的數(shù)值仿真模型25-28
• 3.1.2 基于FDTD算法的數(shù)值仿真模型28-30
• 3.2 基于米氏散射和FDTD數(shù)值模擬結(jié)果分析30-42
• 3.2.1 單微納米球散射光場(chǎng)振幅分布對(duì)粒子大小的影響30-34
• 3.2.2 單微納米球散射光場(chǎng)相位分布對(duì)粒子大小的影響34-40
• 3.2.3 單微納米球尺寸大小確定方法40-41
• 3.2.4 不同大小的單微納米球散射光場(chǎng)去偏振特性分析41-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 4 正交顯微偏振成像系統(tǒng)測(cè)量單微納米球散射光場(chǎng)振幅和相位分布43-49
• 4.1 正交顯微偏振成像系統(tǒng)探測(cè)單微納米球43-46
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料43
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及過(guò)程43-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論46-48
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果46-47
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比討論47-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-51
• 參考文獻(xiàn)51-54
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況54-55
• 致謝55-56

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 趙思維;基于DSP的激光外差干涉納米測(cè)量信號(hào)處理系統(tǒng)的研制[D];浙江理工大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：1085314