远场超分辨可视显微成像技术研究

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1、＾別：ｌｌ！ｉｉ＊柏■Ｉｆ：；讀；ｉ朵丢抑化矣資！｜Ｉ趣＇■博±学位论文＾ＩＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ｜｜！■巾，．；渉论支题目远场超分辨可视显微成像技术妍究ｋ学科专业光学工程，学号２０１１１１０５０５０４作者姓名庞辉指导教师杜春霄妍宛员独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方＇经发表或撰写过的研究成果夕，也不包含为！，论文中不包含其他＾己获得电子科技

2、大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：私日期：如／每年月＆日＾＾论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文，的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名；导师签名：日期

3、：心／ｓ年《月化日分类号密级注1UDC学位论文远场超分辨可视显微成像技术研究（题名和副题名）庞辉（作者姓名）指导教师杜春雷研究员中科院重庆绿色智能技术研究院重庆邱琪教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业光学工程提交论文日期2015.03.15论文答辩日期2015.06.06学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONTHEFARFIELDOPTICALSUPERRESOLUTIONIMAINGADoctoralDissertat

4、ionSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:PangHuiAdvisor:Prof.DuChunleiandQiuQiSchool:SchoolofOptoelectronicInformationg摘要摘要光学显微镜是人类历史上最重要的科技发明之一。在光学显微镜发明以前，人类对于周围世界的认识主要靠人眼，然而人眼的极限视角分辨率约为1′，在明视距离25cm处所能分辨的最小物体间隔约为0.1mm，因此无法

5、实现对更微小物体的观测。自从16世纪末期荷兰著名的磨镜师ZacchariasJanssen发明了世界上第一台显微镜以后，人类才开启了探索微观世界的大门。显微镜发展至今已经成为生物学、材料学、医学、微光学等领域中必不可少的基本工具。然而由于光学衍射极限的存在，传统光学显微镜的横向分辨率被限制在约二分之一个照明波长，已经远远不能满足人们对微观世界进行探索的需要。因此探索能够突破光学衍射极限，实现超分辨成像的技术将具有十分重要的科学意义。在此研究背景下，本文主要从以下三个方面开展了远场超分辨成像技术研究。1.在基于介质微球的超分辨成像研究领域。侧重研究

6、了微球能够实现超分辨成像的内在机理，创新性地从频谱变化的角度去分析了待测样品散射的倏逝波与微球的相互作用机制，给出了倏逝波能够耦合进微球并转换成远场传播波的条件，讨论了相关参数，比如微球的直径、折射率、媒介的折射率等参数对微球成像的分辨率和放大率等的影响。2．在基于介质微球的超分辨成像实验研究领域。从实验上开展了基于折射率较低的二氧化硅微球和聚苯乙烯微球，以及折射率较高的钛酸钡微球的成像实验，讨论了各自的成像放大率、分辨率等特性，重点分析了液体浸没对微球成像的影响机制，最后创新性地提出并制备了一种基于钛酸钡微球和PDMS软模的超分辨成像薄膜，可该

7、将薄膜直接放置于待测样品表面，通过显微镜进行观察，便可以实现超分辨成像。3．在表面等离子体金属结构透镜领域。首先给出了由不同宽度的纳米缝构成的表面等离子体金属结构透镜的设计方法，并分析了透镜孔径对焦距和聚焦光斑的宽度的影响。在此基础上提出了一种基于全息原理的多焦点金属结构透镜的设计方法，通过将入射光看作参考光，多个焦点看作是点光源发出物光，再计算物光和参考光在结构透镜平面上的叠加光场，取叠加光场中的相位信息来确定金属结构透镜的相关参数。并通过双焦点和三焦点结构透镜的设计，验证了该设计方法的可行性。4．在结构光照明显微领域。创新性地提出了基于纳米柱

8、阵列和纳米球阵列的结构光产生方式，通过调节纳米柱和纳米球的直径以及金属薄膜的厚度可方便地I摘要操控结构光的空间频率。其次给出了基于这两种