基于光子納米噴流效應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的物體。近來研究表明，微透鏡輔助的超分辨顯微技術可以有效地獲得超分辨成像，并受到科學界的高度重視。本論文在此研究背景下，從微透鏡產生的光子納米噴流特性出發(fā)，在以下幾個方面對微透鏡的超分辨成像特性及其成像機理進行了研究:
　　1.以線狀和點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，特別是當微球直徑增大，成像特性向幾何光學過渡的過程。實驗表明，

2、線狀樣品和點狀樣品的超分辨圖像和微球透鏡的干涉環(huán)圖像都可以通過調節(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，特別是當接近幾何光學尺度時，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，透過全浸沒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”，并對微球成像特性產生重要影響。在本文的測試范圍內，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，FWHM)和焦點位置有關。
　　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的成像特性，并與低折射率微球透鏡的成像特性進行了比較。實驗表明，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，仍然具有超分辨成像能力。結合理論分析得出，通過不同的浸沒方式，使不同折射率的微球透鏡在其陰影區(qū)產生光子納米噴流，這能夠為其超分辨成像能力提供保證;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)長度略長，從而其保持亞波長分辨的空間距離也略長;由于鈦酸鋇玻璃微球的折射率高，成像尺寸大，在成像上表現出大的放大率和可視范圍。
　　3.研究了介質平面波導耦合的微球透鏡的成像特性。所用的介質平面波導結構由一個低折射率的二氧化硅層和一個高折射率的SU-8層組成。實驗結果表明，刻錄光碟的數據存儲點可以以高的圖像對比度被分辨，表明該平面介質波導結構可以有效的提高微球透鏡對物體高頻成分的耦合效率。在波導結構

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，使得微球產生的光子納米噴流的場強度衰減較緩，傳輸距離增強，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，設計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，可以移動并粘貼于測試樣品的表面，實現多個微透鏡同時對亞波長尺寸物體的成像，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展