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量的光學(xué)顯微技術(shù)，具有獨特的軸向?qū)游瞿芰?，以其高精度，非接觸，不損傷測量表面等優(yōu)點，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)的測量尺寸逐漸從亞微米級過渡到納米級尺度，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題，通過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。并且通過對光束進行偏振調(diào)制和光瞳濾波調(diào)制，來實現(xiàn)徑向偏振共焦系統(tǒng)的橫向超分辨。本文的具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，根據(jù)Richards-Wolf矢量衍射理論對徑向偏振光衍射光場公式進行推導(dǎo)。通過仿真分析透鏡的數(shù)值孔徑，入射光束的振幅分布對衍射場的影響。同時對比徑向偏振光和線偏振聚焦光場，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。通過矩陣運算來推導(dǎo)被測樣本為點散射物時，徑向偏振光在共焦系統(tǒng)中的衍射過程。對理論模型進行仿真，分析徑向偏振共焦系統(tǒng)的成像特性。
　　最后，針對徑向偏振共焦系統(tǒng)中探測空間的中空光束問題，在探測光路對光束進行偏振調(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，來分析偏振調(diào)制的作用，及物鏡數(shù)值孔徑，小孔尺寸等對偏振調(diào)制的影響。針對徑向偏振光束的特點設(shè)計光瞳濾波器對光束進行相

4、位調(diào)制，進一步提高系統(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。通過偏振調(diào)制消除了系統(tǒng)探測空間中空光束的問題，增大了針孔接收信號的強度，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)計光瞳濾波器進行相位調(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