基于光场操控的远场超分辨显微机理及方法研究

【摘要】：通过光线获取外界信息是人类自身信息获取最为重要的渠道。因此,各种光学检测和成像设备在人类追求科学真理的道路上起到了无可替代的作用。然而长期以来,光学系统的成像分辨率都受限于光学远场衍射极限。与此同时,随着探索的不断深入,在生物、医学、材料学等研究领域,都对光学成像系统的分辨能力提出了更高的要求。最近数十年里,科研人员开始大力发展各种超分辨显微成像技术,并取得了显著成果。尽管如此,已有的超分辨显微成像理论和设备,尚存在着许多问题和不足。因此,相关的研究目前仍然是仪器研究领域的一个重要热点。 本论文对基于光场操控提高光学显微系统成像分辨率并最终打破光学远场衍射极限进行了研究,提出了一些光学超分辨显徽成像的新理论和新方法。全文从光学系统的傅里叶分析出发,指出超分辨显微成像的关键在于获取原有光学系统通带以外的高频分量,并进一步提出利用移频和扩频技术实现超分辨显微成像的理论和实验方法。除此之外,本论文还分析了在通带范围不变的情况下,频谱的再分配和噪声等附加因素对于光学系统分辨率的潜在影响,并提出了相应的优化方法。 本论文的主要内容包括： 本论文第一章,主要介绍了显微镜技术特别是超分辨显微镜的历史发展,特别是国内外近期发展动态,并简要说明了本论文的主要内容。 本论文第二章,主要介绍了本论文的光场操控机理。 本论文第三章,主要描述了利用扩频实现超分辨显微成像的理论模型和实现方法。 本论文第四章,主要描述了利用移频实现超分辨显微成像的理论模型和实现方法。 本论文第五章,主要描述了在带宽之外,其它因素对于成像质量的影响及其改良和优化方法。 本论文最后一章,对本课题的研究工作进行总结,并指出了未来可能的进一步深入和扩展本课题研究的工作方向。