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

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【摘要】：光學(xué)探測單個不發(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)域具有重要研究價值,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。但是利用光學(xué)方法探測微納米級的粒子具有很大挑戰(zhàn)性如同大海撈針,因?yàn)闃O其微弱的信號已經(jīng)淹沒在強(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的單個金納米粒子的探測。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的振幅和相位變化規(guī)律,在該成像系統(tǒng)高靈敏度探測的支持下旨在研究在生物環(huán)境中無須標(biāo)記的生物靶標(biāo)的直接成像與尺寸識別方法。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)高會聚光照射下粒子與光相互作用后的散射光場的振幅與相位分布：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)過高數(shù)值孔徑物鏡后變?yōu)楦邥酃?該會聚光與粒子發(fā)生相互作用并產(chǎn)生散射光場,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振幅和相位分布；2)基于粒子散射光場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,對比分析了單微納米球散射光場振幅和相位圖像分布特征對單個微納米粒子尺寸大小的影響,同時利用本課題組設(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,確定了一種通過振幅和相位圖案區(qū)分識別不同尺寸的粒子的方法；3)直徑分布在50 nm～1μm粒子對會聚光的去偏振貢獻(xiàn)：主要通過計(jì)算不同大小的粒子散射光場的去偏振轉(zhuǎn)換率與會聚光源本身的去偏振轉(zhuǎn)換率的相對比值進(jìn)行分析。本文通過數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比,實(shí)現(xiàn)了直徑分布在50nm～1μm高分子聚合物微納米球的無標(biāo)記探測和尺寸確定方法。本論文的創(chuàng)新之處如下：1)分析了高數(shù)值孔徑物鏡下會聚光場的米氏散射,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由幾乎不變、緩慢變化到快速變化；2)確定了一種通過振幅和相位圖案區(qū)分識別不同尺寸的粒子的方法：當(dāng)粒子振幅分布圖案為四個花瓣結(jié)構(gòu),且粒子中心位置處相位分布基本不變時,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,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,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究內(nèi)容12-14
• 2 高數(shù)值孔徑物鏡下單微納米球與會聚光的相互作用14-25
• 2.1 高數(shù)值孔徑物鏡會聚光去偏振特性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振幅分布對粒子大小的影響30-34
• 3.2.2 單微納米球散射光場相位分布對粒子大小的影響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)測量單微納米球散射光場振幅和相位分布43-49
• 4.1 正交顯微偏振成像系統(tǒng)探測單微納米球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)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

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本文編號：1085314