基于双折射原理共焦系统超分辨性能及轴向扫描技术研究

摘要

随着现代科技的高速发展和制造技术不断进步，使得系统零件的特征尺寸越来越小，精度越来越高。特别是随着微细加工技术的发展，如何对微电路等各种微零件的微观轮廓进行快速准确的检测成为现代测试方法和仪器研究的重要课题。
　　本课题在研究光瞳滤波理论和共焦显微成像原理的基础上，研究了一种具有三维超分辨成像性能的共焦检测方法和技术，为超分辨光瞳滤波技术及三维超分辨光学测量传感系统的研究提供了理论基础及先期的实验验证。针对共焦扫描系统无轴向移动部件扫描方式问题，初步探索了利用液晶透镜和普通显微透镜结合的轴向扫描技术，提供了一种新颖的轴向驱动思路。本课题可以广泛的应用于微电子及生物工程等领域。本课题主要研究内容如下：
　　首先，针对改善光学探测系统分辨力的问题，设计了径向双折射光瞳滤波器。本文详细的建立了双折射光瞳滤波器的理论模型，根据超分辨的重要特征参数第一零点比和斯托克斯比，设计分析了径向双折射光瞳滤波器的尺寸和位置参数，并讨论了该元件的横向和轴向的分辨性能；
　　其后，针对由于双折射滤波器的引入而带来的轴向分辨力的损失以及旁瓣增加的问题，利用差动共焦系统能够有效的抑制旁瓣和有较高轴向分辨力的特性，将所设计的径向双折射光瞳滤波器加入到差动共焦显微系统中，以使系统达到了三维超分辨的效果。研究了双折射光瞳滤波式三维超分辨差动共焦显微系统的成像特性并经实验初步验证，在 NA＝0.75、λ=632.8nm条件下，轴向分辨率达3nm，横向分辨率达到0.19μm；
　　最后，针对共焦显微系统的扫描方式问题，对基于双折射原理的液晶变焦式轴向扫描技术做了初步的探索工作。液晶变焦式共焦系统与传统共焦系统的主要区别在于轴向扫描方式的不同，大量工作集中在所使用的液晶变焦透镜的设计上，因此，本文对液晶变焦透镜的设计流程进行了初步分析，建立了相关模型并进行了仿真计算。仿真结果表明，该扫描方式具有可行性，并通过实验做了初步的效果验证，达到了变焦效果，但此方法的深入研究仍然需要大量的后续工作。

目录

基于双折射原理共焦系统超分辨性能及轴向扫描技术研究

THE RESEARCH ON THE SUPERRESOLUTION OF THE CONFOCAL SYSTEM AND ITS AXIS SCANNING TECHNOLOGY BASED ON BIREFRINGENT THEORY

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及目的

1.2 光瞳超分辨技术研究现状

1.3 共焦显微技术研究现状

1.4 超分辨共焦显微技术研究现状

1.5 课题主要研究内容

第2章 径向双折射光瞳滤波器设计

2.1 引言

2.2 菲涅耳衍射理论

2.3 相干光学成像理论

2.4 超分辨特征参数

2.5 径向双折射滤波器设计

2.6 径向双折射光瞳滤波器的超分辨性能

2.7 本章小结

第3章 双折射光瞳滤波式三维超分辨共焦成像

3.1 引言

3.2 共焦三维成像机理

3.3 影响共焦显微成像分辨特性的因素

3.4 差动共焦显微成像理论及特性分析

3.5 光瞳滤波式差动共焦显微成像

3.6 双折射滤波式差动共焦成像特性研究

3.7 本章小结

第4章 液晶变焦轴向扫描方法研究

4.1 引言

4.2 液晶及液晶特性

4.3 液晶变焦轴向扫描共焦显微系统组成

4.4 液晶变焦透镜设计

4.5 本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1 引言

5.2 光瞳滤波式差动共焦系统实验系统

5.3 液晶变焦轴向扫描实验研究

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢