基于納米粒子振幅和相位分布改善光學(xué)分辨率的研究.pdf

1、超高靈敏度的納米顆粒光學(xué)檢測(cè)在生物/納米及其相關(guān)研究領(lǐng)域中占有重要地位。但是由于納米粒子的截面較小，通過(guò)光學(xué)的方法在背景噪聲中提取微弱的信號(hào)是一件非常困難的事情，因此直接檢測(cè)不發(fā)光的納米顆粒是一個(gè)非常困難的任務(wù)。粒度分辨率是一個(gè)很重要的概念，它表示測(cè)量中能夠分辨的最小尺度，對(duì)于顆粒的測(cè)量是至關(guān)重要的。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，常常需要對(duì)圖像進(jìn)行分析，圖象的分辨率越高，越有利于對(duì)信息的提取，那么如何提高分辨率便成了不可避免的討論話題。光學(xué)分辨率

2、又叫光學(xué)解析度，是指儀器的光學(xué)系統(tǒng)可以采集到的實(shí)際信息量，它是衡量光學(xué)儀器品級(jí)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。普通光學(xué)顯微鏡的分辨率能達(dá)到可見(jiàn)光波長(zhǎng)的一半，為了達(dá)到提高光學(xué)分辨率的目的，本文研究了基于雙納米粒子與高會(huì)聚光相互作用下散射光場(chǎng)的振幅和相位分布變化來(lái)提高分辨率的方法，基于本課題組前期設(shè)計(jì)的正交偏振顯微成像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的探測(cè)，以及在無(wú)標(biāo)記的情況下得到單個(gè)納米粒子與光相互作用得到的散射光場(chǎng)為4個(gè)花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)兩個(gè)粒子在不同位置不

3、同距離呈現(xiàn)出的不同振幅和相位分布變化，可以確定兩個(gè)粒子的相對(duì)位置關(guān)系同時(shí)達(dá)到提高粒子分辨率的作用。
　　本文研究選用聚苯乙烯微粒，因?yàn)槠渚哂信c生物環(huán)境相似的光學(xué)性質(zhì)，可以模擬生物系統(tǒng)。首先研究了高會(huì)聚光與兩個(gè)納米粒子相互作用得到的散射光場(chǎng)的振幅和相位分布圖像，主要是基于正交偏振和外查分干涉方法，在課題組之前研究得到的單個(gè)粒子的散射光場(chǎng)的基礎(chǔ)上，由于聚苯乙烯材料的微粒與光作用下不會(huì)發(fā)生耦合作用，因此散射光場(chǎng)可以發(fā)生疊加的效果，從而得

4、到y(tǒng)方向的兩個(gè)納米粒子的散射光場(chǎng)振幅和相位分布;其次，利用米氏散射方法進(jìn)行數(shù)值模擬并通過(guò)FDTD算法進(jìn)行驗(yàn)證，分析兩個(gè)納米粒子的散射光場(chǎng)振幅和相位分布的變化，根據(jù)兩個(gè)粒子在不同位置不同距離呈現(xiàn)出的不同振幅和相位分布變化，可以確定兩個(gè)粒子的相對(duì)位置關(guān)系;最后，通過(guò)正交偏振顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將采集得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證仿真結(jié)果的可行性，最終提高分辨率。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn):(1)本文通過(guò)對(duì)比數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了