基于光子納米噴流效應(yīng)的微透鏡超分辨成像.pdf

1、由于受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)的顯微鏡不能分辨尺寸小于二分之一波長(zhǎng)的物體。近來(lái)研究表明，微透鏡輔助的超分辨顯微技術(shù)可以有效地獲得超分辨成像，并受到科學(xué)界的高度重視。本論文在此研究背景下，從微透鏡產(chǎn)生的光子納米噴流特性出發(fā)，在以下幾個(gè)方面對(duì)微透鏡的超分辨成像特性及其成像機(jī)理進(jìn)行了研究:
　　1.以線狀和點(diǎn)狀物體作為觀察樣品，研究不同尺寸高折射率鈦酸鋇玻璃微球透鏡的成像特性，特別是當(dāng)微球直徑增大，成像特性向幾何光學(xué)過(guò)渡的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)表明，

2、線狀樣品和點(diǎn)狀樣品的超分辨圖像和微球透鏡的干涉環(huán)圖像都可以通過(guò)調(diào)節(jié)焦平面的位置獲得，且這兩種屬性均依賴于微球直徑的變化。隨著微球直徑的增加，特別是當(dāng)接近幾何光學(xué)尺度時(shí)，干涉環(huán)更加清晰，但微球的分辨能力降低直至消失。理論模擬表明，透過(guò)全浸沒(méi)的高折射率微球的光束可聚焦在微球透鏡的底部，形成“光子納米噴流”，并對(duì)微球成像特性產(chǎn)生重要影響。在本文的測(cè)試范圍內(nèi)，微球直徑增大，微球透鏡超分辨能力降低，這與其光子納米噴流的半最大值全寬(full-wi

3、dth-half-maximum，F(xiàn)WHM)和焦點(diǎn)位置有關(guān)。
　　2.研究了高折射率微球透鏡與樣品保持一定的空間距離時(shí)的成像特性，并與低折射率微球透鏡的成像特性進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)表明，低折射率的二氧化硅和高折射率的鈦酸鋇玻璃微球透鏡，在空間上與樣品表面分離時(shí)，仍然具有超分辨成像能力。結(jié)合理論分析得出，通過(guò)不同的浸沒(méi)方式，使不同折射率的微球透鏡在其陰影區(qū)產(chǎn)生光子納米噴流，這能夠?yàn)槠涑直娉上衲芰μ峁┍ＷC;在光入射方向上，低折射率的微球

4、比高折射率微球的光子納米噴流持續(xù)長(zhǎng)度略長(zhǎng)，從而其保持亞波長(zhǎng)分辨的空間距離也略長(zhǎng);由于鈦酸鋇玻璃微球的折射率高，成像尺寸大，在成像上表現(xiàn)出大的放大率和可視范圍。
　　3.研究了介質(zhì)平面波導(dǎo)耦合的微球透鏡的成像特性。所用的介質(zhì)平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由一個(gè)低折射率的二氧化硅層和一個(gè)高折射率的SU-8層組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，刻錄光碟的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)點(diǎn)可以以高的圖像對(duì)比度被分辨，表明該平面介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以有效的提高微球透鏡對(duì)物體高頻成分的耦合效率。在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

5、中，入射波和襯底層的反射波相互疊加形成駐波，由于駐波的存在，使得微球產(chǎn)生的光子納米噴流的場(chǎng)強(qiáng)度衰減較緩，傳輸距離增強(qiáng)，有效地保持了微球透鏡的超分辨能力。
　　4.基于光子納米噴流理論和軟光刻技術(shù)，設(shè)計(jì)并制備了一種微透鏡陣列薄膜。該微透鏡陣列作為一種薄的彈性薄膜，可以移動(dòng)并粘貼于測(cè)試樣品的表面，實(shí)現(xiàn)多個(gè)微透鏡同時(shí)對(duì)亞波長(zhǎng)尺寸物體的成像，從而可以有效地提高微透鏡成像的觀察范圍。理論分析表明，該微透鏡陣列形成的光子納米噴流沿入射方向擴(kuò)展