徑向偏振共焦系統(tǒng)中橫向超分辨方法研究.pdf

1、共焦顯微技術是一種用于微米和納米尺度三維形貌測量的光學顯微技術，具有獨特的軸向層析能力，以其高精度，非接觸，不損傷測量表面等優(yōu)點，被廣泛應用于微光學，微電子，生物工程等領域。隨著科學技術的發(fā)展，三維微結構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制和光瞳濾波調制，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。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制加以改善。從理論上將偏振轉換器的矩陣描述形式加入到建立的理論模型中，來分析偏振調制的作用，及物鏡數(shù)值孔徑，小孔尺寸等對偏振調制的影響。針對徑向偏振光束的特點設計光瞳濾波器對光束進行相

4、位調制，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，偏振調制后系統(tǒng)橫向分辨力比線偏振光提高了7.3％。并設計光瞳濾波器進行相位調制使徑向偏振共焦系統(tǒng)的橫向響應曲線 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