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相干反斯托克斯拉曼散射显微技术研究

岑建田  
【摘要】: 本论文阐述了相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微技术的发展历程、应用领域以及目前取得的一些进展,分析和研究了CARS的基本理论,推导了在平面波入射情况下CARS光强公式,用格林函数的方法研究了共焦扫描CARS显微术的显微成像特性。详细的研究了CARS在紧聚焦条件下(高数值孔径)的辐射场分布以及前向探测(向前传播)和后向探测(向后传播)的分别,并且比较了像的分辨率。 完成的主要工作有: (1)利用非线性光学基本原理,从麦克斯韦方程组出发,全面阐述了CARS半经典理论,推导出了CARS理论光强表达式;利用缓变振幅近似和偶极子近似研究了高数值孔径情况下CARS显微术的显微成像特性;模拟出了在松聚焦(低数值孔径)和紧聚焦两种情况下焦点区域的光场强度分布,分析和研究了两种情况下CARS信号与数值孔径的关系,得出了球状样品的CARS辐射图;验证了在紧聚焦条件下CARS场三维分量的关系。 (2)研究了CARS信号在不同的数值孔径的情况下随着样品半径的变化。对低数值孔径和高数值孔径两种情况的前向探测和后向探测进行比较,通过比较,得出了以下结论:一般来说,前向传播的CARS信号比后向传播的CARS信号强,因此前向探测CARS显微术容易得到CARS信号,但是由于小体积样品会产生较强的后向传播CARS信号,因此后向探测CARS显微术更适合于小体积样品成像,而且由于瑞利散射和其它非共振背景较小,可以得到对比度较高的显微图像。


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