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1、天津大学硕士学位论文基于光场调控的光学晶格的设计及其在精密测量中的应用OpticalLattices:DesignBasedonOpticalFieldModulationandApplicationsinPrecisionMeasurements学科专业：仪器科学与技术研究生：查日东指导教师：胡春光副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院2017年12月摘要光学晶格是多束激光交汇干涉产生的周期性势阱图案，按维度可以分为一维、二维、三维光学晶格，按周期可以分为原始（基础）晶格和稀疏晶格，其对称性可按照布拉菲格子进行分类。用基于空间光调制器的光场调控的方法产生的光学晶格灵活多样、变化迅速、一致性
2、好，可以近乎实时地改变光学晶格的周期、晶胞大小和对称性，并且周期的精度可以溯源到空间光调制器的像素精度。由于以上诸多优点，光学晶格已经广泛应用于原子的捕获与冷却、原子钟、光子晶体光刻、微流体分选和超分辨显微等领域，其中在超分辨显微领域尤以以近两年出现的晶格层光显微技术最为突出。尽管如此，光学晶格在精密测量领域的应用却罕见报道。本文基于光学晶格的特点和优势，首次提出光晶格轮廓术的方法应用于表面形貌的测量。本文的主要工作包括：1、对光学晶格的产生与发展、理论与应用做了比较详细的综述，由此引出光学晶格在晶格层光显微技术中的应用和意义，并提出光晶格轮廓术的概念以拓展其在精密测量领域的应用。2、基于光
3、学晶格的实验产生机理，理论推导了原始光学晶格、稀疏光学晶格、组合光学晶格的设计过程。并且搭建了实验光路以验证设计思路。3、提出了光晶格轮廓术的概念，并从原理上和实验上分别对其做了验证。原理上对最大基础方晶格做了建模，并推导晶格的变化与形貌的起伏之间的数学关系，给出了解相位算法和形貌重构算法。实验上，以干涉仪标定过的变形镜作为灵活的样本，使其分别产生不同程度的倾斜变形和凸起变形，用光晶格轮廓术的实验系统去重构出它的形貌，并与干涉仪的结果比较。4、搭建了晶格层光显微系统，产生了晶格状切片激发光，并用振镜扫描，得到了振动模式下分布均匀的切片光。本文介绍了该系统的测量原理、总体框架、光路系统和软件控
4、制策略。关键词：光学晶格，超分辨显微，空间光调制器，轮廓术，光场调控IABSTRACTOpticallatticesareperiodicalpotentialwellsstemedfrommulti-beamssuperpositionandinterference,whichcanbedividedintoone-dimensional,two-dimensioanlandthree-dimensionalpatternsbasedondimensionality,whichalsocanbecategorizedasprimitive(fundamental)latticesorspa
5、rselatticesaccordingtoperiodicity,which,ofcourse,canbeclassifiedbyBravaissymmetry.Opticallattices,createdbymodulationonopticalfieldbasedonaspatiallightmodulator,havemanyfeatures,suchasflexibility,diversity,goodconsistency,rapidchanging,moreimportantly,theabilitytochangetheirperiods,cellsizesandsymm
6、etriesalmostinrealtime.Inaddition,theprecisionofperiodscanbetracedbacktothepixelaccuracyofspatiallightmodulator.Inlightoftheabovefeatures,opticallatticeshavebeanplayingapivotalroleinmanyfields,includingatomtrappingandcooling,atomicclock,photoniccrystalnanolithography,microfluidicsorting,super-resol
7、utionmicroscopyandsoon.Amongofthem,latticelight-sheetmicroscopyemergedinrecenttwoyearsisanoutstandingrepresentative.However,theapplicationsinmetrologyarerarereported.Basedontheadvantagesofopticallattices,th
