徑向偏振共焦系統(tǒng)中橫向超分辨方法研究.pdf

1、共焦顯微技術(shù)是一種用于微米和納米尺度三維形貌測(cè)量的光學(xué)顯微技術(shù)，具有獨(dú)特的軸向?qū)游瞿芰?，以其高精度，非接觸，不損傷測(cè)量表面等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微光學(xué)，微電子，生物工程等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維微結(jié)構(gòu)的測(cè)量尺寸逐漸從亞微米級(jí)過(guò)渡到納米級(jí)尺度，迫切要求共焦系統(tǒng)橫向分辨力的提高。
　　本課題主要研究目的是解決共焦系統(tǒng)橫向超分辨受限的問(wèn)題，通過(guò)將徑向偏振光照明用于共焦系統(tǒng)，利用徑向偏振光的緊聚焦特性來(lái)提高共焦系統(tǒng)橫向分辨力。在矢量衍

2、射理論的基礎(chǔ)上建立徑向偏振共焦系統(tǒng)的理論模型，從理論上分析徑向偏振共焦系統(tǒng)的成像特性。并且通過(guò)對(duì)光束進(jìn)行偏振調(diào)制和光瞳濾波調(diào)制，來(lái)實(shí)現(xiàn)徑向偏振共焦系統(tǒng)的橫向超分辨。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，根據(jù)Richards-Wolf矢量衍射理論對(duì)徑向偏振光衍射光場(chǎng)公式進(jìn)行推導(dǎo)。通過(guò)仿真分析透鏡的數(shù)值孔徑，入射光束的振幅分布對(duì)衍射場(chǎng)的影響。同時(shí)對(duì)比徑向偏振光和線偏振聚焦光場(chǎng)，分析徑向偏振光的緊聚焦特性。
　　其次，在矢量衍射理論

3、的基礎(chǔ)上建立徑向偏振共焦系統(tǒng)的理論模型。通過(guò)矩陣運(yùn)算來(lái)推導(dǎo)被測(cè)樣本為點(diǎn)散射物時(shí)，徑向偏振光在共焦系統(tǒng)中的衍射過(guò)程。對(duì)理論模型進(jìn)行仿真，分析徑向偏振共焦系統(tǒng)的成像特性。
　　最后，針對(duì)徑向偏振共焦系統(tǒng)中探測(cè)空間的中空光束問(wèn)題，在探測(cè)光路對(duì)光束進(jìn)行偏振調(diào)制加以改善。從理論上將偏振轉(zhuǎn)換器的矩陣描述形式加入到建立的理論模型中，來(lái)分析偏振調(diào)制的作用，及物鏡數(shù)值孔徑，小孔尺寸等對(duì)偏振調(diào)制的影響。針對(duì)徑向偏振光束的特點(diǎn)設(shè)計(jì)光瞳濾波器對(duì)光束進(jìn)行相

4、位調(diào)制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的橫向分辨力。
　　綜上所述，本文研究了采用徑向偏振光照明實(shí)現(xiàn)共焦系統(tǒng)橫向超分辨的方法，建立了徑向偏振共焦系統(tǒng)的理論模型。通過(guò)偏振調(diào)制消除了系統(tǒng)探測(cè)空間中空光束的問(wèn)題，增大了針孔接收信號(hào)的強(qiáng)度，偏振調(diào)制后系統(tǒng)橫向分辨力比線偏振光提高了7.3％。并設(shè)計(jì)光瞳濾波器進(jìn)行相位調(diào)制使徑向偏振共焦系統(tǒng)的橫向響應(yīng)曲線 FWHM從0.51?減小到0.465?，相對(duì)于線偏振共焦系統(tǒng)沿偏振方向的橫向分辨能力提高了15.5%。表明