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《南京师范大学》 2019年
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高折射率微球超分辨成像规律及降低成像畸变率的研究

杨松林  
【摘要】:在基于光学透镜的超分辨成像技术中,介质微球辅助光学显微镜方法是近几年提出的一种新的光学超分辨成像技术。该技术具有使用能量较低的白光作为光源和样品无需荧光标记等优点。此外,折射率较高的介质微球在浸没方式和成像性能上均具有诸多优点。所以,在此研究背景下,本文对高折射率的钛酸钡(BaTi03 glass,BTG)微球的超分辨成像特性进了以下几个方面的研究:1.研究了微球成像的几何光学理论和波动光学理论,通过几何光学公式和软件仿真,分析了高折射率微球的成像特性。2.实验研究了被聚二甲基硅氧烷全浸没的直径为5-50μm 的BTG微球的成像特性。对于蓝光光碟样品(Blue-ray disc,BD)和单层的六角密排列的(hexagonally close-packed,hcp)微球阵列样品,我们的实验结果显示,BTG微球的聚焦像面范围(range of focal image positions,RFIP)随着BTG微球直径的增加而线性增加。当BTG微球的直径从5μm增加到50μm时,BTG微球的RFIP从4 μnm增加到25 μm。另外,实验中还观察到了 hcp微球阵列的泰伯效应,观察结果显示,泰伯像相对BTG微球中心的位置和泰伯距离都受BTG微球直径的影响。仿真结果显示,当BTG微球的尺寸从5μm增加到50 μm时,BTG微球的光子纳米喷流的长度从2.9μm增加到7.1 μm,通过使用光子纳米喷流的位置作为一系列焦距计算出的直径为5-50μm的BTG微球的RFIP为6到24 μm。计算出的RFIP(6-24 μm)与实验结果(4-25μm)基本吻合。我们的研究结果揭示了 BTG微球的光子纳米喷流的长度影响BTG微球的 RFIP。3.我们的实验结果显示,全浸没在无水乙醇或者SU-8 2002光刻胶中的BTG微球对蓝光光碟成像时,超分辨图像中存在显著的枕形畸变现象,并且图像中的畸变率与BTG微球的浸没程度有关。当BTG微球以直径的0.8倍高度浸没时(部分浸没),此时的BTG微球仍然可以分辨蓝光光碟具有的微结构,同时能够显著降低BTG微球的成像畸变率。仿真发现部分浸没的BTG微球其光子纳米喷流位于微球外部靠近样品的位置,表明此时的BTG微球仍然具有超分辨成像的能力,另外ZEMAX仿真显示部分浸没的BTG微球具有较低的成像畸变率。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP391.41;TH742

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