16366.超衍射極限相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像技術(shù)研究

1、博士學(xué)位論文超衍射極限相干反斯托克斯拉曼散射顯微超衍射極限相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像技術(shù)研究成像技術(shù)研究TechnicalResearchofdiffractionbarrierbreakthroughincoherentantiStokesRamanscatteringmicroscopy一級學(xué)科：光學(xué)工程學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程研究生：劉偉指導(dǎo)教師：牛憨笨院士天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一三年十二月摘要摘要CARS顯微成像技術(shù)

2、的發(fā)展為生物學(xué)成像帶來了新的解決方案，廣泛應(yīng)用于脂類分子的顯微觀察，特別是活胞內(nèi)和活體內(nèi)的脂類分子成像。CARS顯微成像技術(shù)可以在無需外援性標(biāo)記的情況下，根據(jù)物質(zhì)分子的振動或者轉(zhuǎn)動特性獲得反斯托克斯信號，靈敏度高具有良好化學(xué)特異性及三維層析能力。然而受衍射極限限制，目前CARS顯微成像技術(shù)的空間分辨率僅能達到橫向約300nm，軸向約800nm。如何突破衍射極限限制，獲得納米尺度的空間分辨率成為目前研究CARS顯微成像技術(shù)的首要任務(wù)。本論

3、文基于全量子理論分析時間分辨CARS，理論上提出一種突破光學(xué)衍射極限限制的CARS顯微成像方法，并計算了超分辨體積元內(nèi)的最小可探測分子數(shù)，這是開展超分辨CARS顯微成像實驗研究的重要前提。完成了聚苯乙烯微球亞微米空間分辨率的CARS顯微成像，并對系統(tǒng)分辨率進行了標(biāo)定，為實現(xiàn)突破衍射極限限制的CARS顯微成像奠定了基礎(chǔ)。本論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點是：（一）采用全量子理論分析時間分辨CARS過程，在得到信號強度表達式的同時，分析了激發(fā)光的定

4、義域，從而克服了半經(jīng)典理論處理CARS過程的缺陷。（二）理論上提出一種附加探測光引起聲子耗盡的超分辨方法。該方法通過引入一束波長不同的環(huán)形附加探測光與愛里斑周邊的相干聲子作用，從而實現(xiàn)點擴展函數(shù)的改造，獲得小于衍射極限限制的空間分辨率。（三）對CARS超分辨顯微成像系統(tǒng)的探測極限進行分析，確定超分辨體積元內(nèi)的最小可探測分子數(shù)目，對CARS超分辨實驗研究具有重要的指導(dǎo)意義。（四）用labview控制納米定位臺與探測器，實現(xiàn)自動掃描，用Ma