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题名:
柱矢量波用于提高STED 分辨率的研究
作者: 陈伟国
学位类别: 硕士
答辩日期: 2015-03
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 赵泽宇
关键词: STED,柱矢量光束,光瞳滤波器,横向分辨率,三维超分辨
学位专业: 电子与通信工程
中文摘要: 受激辐射损耗显微术(Stimulated emission depletion microscope,STED)是
一种远场超分辨成像技术,能够在生物学,材料学等学科中为研究者提供直观,
无损的研究方法。STED 一般由两束光组成,其中一束为激发光束,另外一束为
损耗光束。从理论上来说,只要损耗光束强度足够大,STED 分辨率可以达到很
高,但是过高的光强也会导致光漂白的产生并最终影响分辨率,所以不能一味的
通过增加损耗光光强来提高STED 分辨率,需要探索其他的能够提高STED 分辨
率的方法。
本文“柱矢量波用于提高STED 分辨率的研究”,将柱矢量光束用于STED
并研究了提高STED 分辨率的方法,包括提高横向STED 分辨率和实现STED 三
维超分辨。
(1)STED 横向分辨率的提高。本文基于角向偏振光束能够紧聚焦成中空
环状光斑的特性,探讨了角向偏振光用于提高STED 横向分辨率的方法。研究发
现可以通过压缩损耗光光斑尺寸的方法来提高STED 横向分辨率,因此本文提出
了一种压缩环状光斑的方法,即利用线性优化算法设计光瞳滤波器用于调制角向
偏振光并紧聚焦,最终在焦平面得到压缩的环状光斑。首先,在不考虑旁瓣的情
况下,得到了尺寸压缩了54%的环状光斑。其次,在充分考虑旁瓣的情况下分析
了光斑尺寸和旁瓣强度之间的相互制约关系,并分别得到了尺寸压缩了16%-38%
的具有不同旁瓣强度的环状光斑。最后,把获得的压缩的环状光斑作为损耗光用
于STED 并对其进行仿真,仿真结果表明:在损耗光光强相同的条件下,压缩之
后的环状光斑作为损耗光相比未压缩的环状光斑作为损耗光可以得到尺寸更小
的有效光斑,仅为后者的60%-75%。
(2)STED 三维超分辨的实现。基于广义柱矢量波的聚焦特性,本文提出
了一种多区偏振光束模型,该多区偏振光束经高数值孔径透镜聚焦可以在焦点附
近得到光强分布非常均匀的三维中空光斑。把该三维中空光斑作为损耗光斑用于
STED 并对其进行仿真,可以在焦点附近得到横向尺寸和轴向尺寸分别为0.07λ
和0.09λ 的三维超分辨椭球状有效光斑,从而实现了STED 三维超分辨。
最后,本文对自己的工作进行了总结,并分析了未来的研究方向。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3024
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作者单位: 中国科学院光电所

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陈伟国. 柱矢量波用于提高STED 分辨率的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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