入射照明激光对激光扫描共聚焦显微镜成像影响的研究

摘要

激光扫描共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscopy)是研究微细结构的有效技术手段和必备的大型科学仪器，在生物和工业检测领域得到了广泛应用。该系统采用精密针孔滤波技术，使得只有处于焦平面位置上的信息能够被探测，最大限度地抑制了非聚焦平面的杂散光，具有很高的成像分辨率和信噪比;同时系统沿Z轴方向可以实现无损光学断层扫描，从而实现对较厚样本的三维成像
　　本文通过理论建模并对模型进行了计算分析，最后搭建LSCM实验光路进行验证，来说明入射激光对共聚焦显微镜成像质量的影响。
　　理论建模是根据Richards-Wolf以及P.T(o)r(o)k的矢量衍射积分，建立了一套LSCM在N种介质N-1层界面中照明点扩散函数(point spread function，PSF)的模型，并且计算得到零层和两层界面两种实际情况中的PSF。
　　根据理论建模的内容，通过改变入射激光偏振态、入射激光充溢系数βG以及改变探测的深度，得到了点扩散函数的计算结果。结果表明，当采用圆偏振光和线偏振光入射的时候，圆偏振光在一个方向的分辨率要优于线偏振光，但是在相垂直的另一个方向上就略弱于线偏振光的分辨率。圆偏振光PSF在xy平面关于焦点旋转对称，将得到比较好的成像质量。当入射激光的充溢系数βG越小的时候，显微镜的分辨率越好。
　　根据共聚焦显微镜原理图搭建了LSCM光路，通过改变入射激光状态的方式，验证了影响共聚焦显微镜成像质量的这些因素，结果表明圆偏振光入射成像质量优于线偏振光入射;随着探测深度的增加，成像质量下降;考虑到图像的信噪比入射激光的充溢系数不是越小越好，而是大约在1附近时成像质量最好。

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及概况

1．2 共聚焦显微镜的简介

1．3 共聚焦显微镜光学系统的组成

1．4 共聚焦显微镜和传统光学显微镜的点扩散函数

1．5 共聚焦显微镜的应用

1．6 本文的研究内容

第二章 照明点扩散函数理论建模

2．1 wolf光线传播光场矢量衍射理论

2．2 会聚光经过两种不同介质时光场的衍射分布

2．2．1 积分表达式

2．2．2 电场强度向量

2．3 会聚光经过N种介质光场的衍射积分表达式

2．4 共聚焦显微镜照明点扩散函数的表达式

2．5 小结

第三章 照明点扩散函数的计算分析

3．1 一种介质零层界面

3．1．1 入射光偏振态

3．1．2 激光高斯强度分布影响

3．1．3 NA值对分辨率影响

3．2 三种介质两层界面

3．2．1 偏振态的影响

3．2．2 探测深度的影响

3．2．3 激光高斯强度分布影响

3．2．4 NA值对分辨率的影响

3．3 小结

第四章 光路的搭建及实验结果

4．1 实验光路方案

4．2 实验光路光学参数

4．2．1 物镜出瞳尺寸与出瞳位置

4．2．2 针孔的尺寸

4．2．3 光学元件的选择

4．3 成像结果及讨论

4．3．1 成像结果

4．3．2 结果讨论

4．4 小结

第五章 结论与展望

参考文献

作者简历

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