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谐波显微镜光学传递函数的理论研究及其成像实验

作　者: 王莉
导　师: 戴特力
学　校: 重庆师范大学
专　业: 光学工程
关键词: 显微镜谐波发生光学传递函数滤波片紫外CCD
分类号: TH742
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

显微镜观察的许多样品的分子具有非反演对称结构,或者有较大的电极化率梯度分布,与高峰值功率超短脉冲激光束可发生非线性相互作用,产生二次谐波或三次谐波。这些谐波是发散的,经过显微镜成像在CCD上。谐波成像是利用样品本身的光学非线性特性,产生带有样品信息的信号,将这个信号采集到CCD面阵上,使其成像。这样就可以避免对样品进行染色这一步骤,而且如果样品是活体组织,也不会造成毒害污染。由于二次谐波和三次谐波产生过程中并没有光场能量转移给相互作用的分子(即相互作用结束后,分子的量子力学状态恢复到原来的状态,其能量和动量并没有改变),不会对生物组织产生破坏,所以是一种非侵入性的探测成像技术。人们发现将显微技术和非线性光学相结合的技术中,相互加强了作用效果。一方面,高数值孔径的显微镜物镜聚焦增强了谐波转换效率;另一方面,利用谐波成像,即利用更短的波长经显微镜的光路成像可增加像的分辨能力。这种优势使谐波显微镜具有很大的应用潜力,会大大提高显微镜的分辨率,层析成像也更加清楚。本文从理论上探讨了谐波显微镜成像的光学传递函数的特点,并与其他显微镜的光学传递函数作了比较。从光学传递函数方面,讨论了谐波显微成像的成像特性。为此,作为硕士论文,又概述了显微镜的原理和非线性光学理论。谐波成像进行了一次全场谐波成像的验证性实验。光源是氙灯泵浦的Nd:YAG调Q脉冲激光器,经聚焦后照射在显微镜切片上,样品离焦放置,以保持样品完好。由于激光束峰值功率高,可在大面积上产生谐波。谐波经物镜成像后,再经过滤波片,在CCD上成像。本文共分六章。第一章简述了研究谐波成像的意义,第二章概述了显微镜的发展动态,第三章讨论谐波产生的耦合方程,第四章用对比的方式推导谐波成像的传递函数,第五章描述了验证性实验的光路和实验结果。最后一章,对本论文做了总结。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-8
1 引言  8-10
  1.1 谐波成像的研究意义  8-9
  1.2 本文研究的主要内容  9-10
2 光学显微镜与非线性光学  10-16
  2.1 光学显微镜发展的历史回顾  10-12
  2.2 非线性光学效应  12-16
3 谐波发生的非线性极化理论  16-33
  3.1 非线性光学极化率的经典描述  16-20
    3.1.1 一维振子的线性响应  16-18
    3.1.2 一维振子的非线性响应  18-20
  3.2 非线性极化的微观理论  20-22
    3.2.1 极化强度的一般表示式  21
    3.2.2 非线性极化率的张量表示式  21-22
  3.3 耦合波方程  22-25
    3.3.1 非线性介质的耦合波方程  22-23
    3.3.2 三波混频的耦合方程组  23-25
  3.4 谐波的产生  25-31
    3.4.1 二次谐波的产生  25-29
    3.4.2 三次谐波的产生  29-31
  3.5 光在组织中的传输特性  31-33
4 谐波显微镜的光学传递函数  33-57
  4.1 引言  33-44
    4.1.1 菲涅尔衍射原理及基尔霍夫衍射公式  35-37
    4.1.2 薄透镜的傅立叶变换  37-40
    4.1.3 透镜的点扩散函数  40-44
  4.2 光学传递函数  44-48
    4.2.1 成像系统的线性和空间不变性  45-46
    4.2.2 相干系统的扩展物体成像与光学传递函数  46-47
    4.2.3 非相干系统的扩展物体成像与光学传递函数  47-48
  4.3 显微镜的光学传递函数  48-57
    4.3.1 普通显微镜的光学传递函数  48-49
    4.3.2 激光共焦扫描荧光显微镜的光学传递函数  49-51
    4.3.3 双光子荧光共焦显微镜的光学传递函数  51-52
    4.3.4 二次谐波和三次谐波共焦显微镜的光学传递函数  52-57
5 谐波全场成像实验  57-62
  5.1 实验光路图和实验装置  57-59
  5.2 实验结果  59-61
  5.3 实验改进  61-62
6 结论  62-64
参考文献  64-67
附:1.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录、科研情况  67-68
致谢  68-69
独创性声明  69
学位论文版权使用授权书  69

谐波显微镜光学传递函数的理论研究及其成像实验

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