二次谐波显微成像技术.doc

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1、二次谐波显微成像技术郝淑娟崔海瑛邱忠阳丁军荣大庆师范学院机电工程学院摘要：二次谐波显微成像技术是一种新型的非线性光学成像方法，在生物医学成像、新型材料科学等领域都有十分广泛的应用。本文介绍了光学二次谐波显微成像的产生原理、主要特点和其技术发展应用。关键词：;:次谐波;显微成像;应用;作者简介：郝淑娟（1984-）,女（汉族），黑龙江大庆人，大庆师范学院讲师,硕士，研究方向主要为非线性光学等。收稿曰期:2017-09-25基金：大庆师范学院青年基金项目（项目编号：12ZR13）SecondHarmonicGene

2、rationMicroscopyHAOShu-juanCUIHai-yingHEWei-weiQIUZhong-yangDINGJun-rongSchoolofMechatronicsEngineering，DaqingNormalUniversity;Abstract：SecondHarmonicGeneration(SI1G)microscopyisanovelnonlinearmicroscopictechnique,whichhasbeenwidelyappliedinthefieldofbiologi

3、calscienceandmaterialinvestigations.Inthispaperthegenerationprinciple,themaincharacterandtheapplicationofSHGhasbeenintroduced.Keyword：SecondHarmonicGeneration;microscopy;appljcation;Received：2017-09-25微观世界的很多有用信息可以通过采用显微技术获得，显微成像技术在生命科学、医学、工业测量等不同领域有着巨大的研究价值

4、和广泛的应用，因此，显微成像技术一直是人们研究的热点。非光学显微术，如电子显微技术、扫描隧道显微技术等，存在对观察样品环境要求严格、对观察对象造成伤害、对观察样品限制较多等弱点，而光学显微术没有这些弱点缺陷，因此，光学显微术的发展完善和功能拓展具有重要意义。近年来，计算机技术、激光技术和精密机械电子等技术得到飞速发展，随着这些技术的提高，出现了激光共焦扫描显微成像技术、双光子激光扫描共聚焦显微成像技术、光学相干层析成像等很多种不同功能和特性的现代光学显微术。二次谐波显微成像技术是苏中的一种现代非线性光学显微术，

5、它利用光与物质相互作用时产生的二次谐波信号进行显微成像或探测。一、二次谐波显微成像原理在非线性光学过程中，在强激光作用下的非线性介质，其电极化强度与激发光场的关系可以表示为m:其中P是受激产生的总极化强度，E是激发光场，P是线性极化强度，P、P是二阶和三阶非线性极化强度。x、x和x分别为一阶、二阶和三阶非线性电极化率，其中x是三阶张量，x是四阶张量。公式（1）说明极化强度是由激发光场和介质相互作用而产生的，它不仅与入射到介质屮的激发光场的光场强度有关，还与介质的极化率有关。在非线性光学中，这些线性和非线性极化率

6、与介质的微观特性有关，代表了介质的光学性质，反映了介质的电子态、分子的对称性、旋向及排列等，因此介质的微观结构信息可以通过探测介质非线性光学现象来获得。二次谐波产生过程是和频过程的一种特殊情况，即倍频。倍频效应是指两个频率相同的入射光发生和频作用，其输出光波的频率为入射光场频率的二倍，其中入射光波称为基频，输山倍频光波称为二次谐波。相应的极化强度为：二次谐波产生过程也可以看作是不同频率光子的交换过程。两个频率为0）的光子在谐波产生过程中湮灭，同时生成一个新的光子，频率为20。二次谐波产生需要满足两个条件:一是要

7、求介质要具有非中心对称性。在电偶极子近似下，具有中心对称性的介质，其二阶电极化率张量为零，则不能产生二次谐波信号。二是要求满足相位匹配条件。相位匹配直接决定一个非线性光学过程的效率。如果二次谐波产生过程中完全满足相位匹配条件，则传播中的倍频光波和不断产生的倍频极化波之间保持相位的一致性，相互干涉，产生的二次谐波强度由零开始逐渐增大，直至基频波的功率完全转为二次谐波的功率，获得最大的二次谐波输出功率。二次谐波显微成像装置由四个部分组成:第一部分是光源，通常需要提供功率适中的激发光，既可以保证产生较强的二次谐波信号

8、，也可以避免样品受损。在二次谐波显微技术中光源通常采用可在整个红外区内可调谐的掺钛蓝宝石飞秒激光器。第二部分是物镜，可以减小激发光的激发区域，并收集样品产生的非轴向辐射的二次谐波信号，避免能量损失。通常采用数值孔径足够人的物镜。第三部分是滤光片组，可保证收集到的信号为二次谐波信号，过滤干扰信号。在前向探测模式中，通常采用短通滤光片和窄带滤光片，在背向探测模式中，通常采用窄带滤光片。第四