微米透鏡的成像改進方法及其機理研究

《微米透鏡的成像改進方法及其機理研究》是依託南京師範大學，由葉永紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微米透鏡的成像改進方法及其機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：葉永紅
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

微米透鏡(microscale lens)能將攜帶物體細節的倏逝波轉變成可傳輸的波，從而實現超分辨成像。這種超分辨成像微米透鏡在實時動態成像等領域具有重要的套用前景。為了將微米透鏡推向實際套用，其成像放大率和對比度有待進一步提高，而且其超分辨成像機理有待進一步釐清。本項目擬通過研究目標物的頻域分布特性、全反射效應等因素對微米透鏡成像特性的影響，來探索倏逝波如何耦合進微米透鏡中並轉變成可傳播的波，進而揭示微米透鏡超分辨成像機理；我們擬在目標物表面或微米透鏡的一側沉積微納金屬結構，探索利用微納金屬結構中表面等離激元波效應、天線效應、散射效應等來實現倏逝波信號的傳輸及放大、近場光學信號的增強和圖像放大，從而提高微米透鏡的成像放大率和對比度。這些研究將有助於開發出實用的超分辨微米透鏡。

結題摘要

在白光光源照射下，微米尺寸的介質球（微米/微球透鏡）能夠對含有小於衍射極限細節的物體成一放大的像，即能將攜帶物體細節的倏逝波轉變成可傳輸的波。通過普通光學顯微鏡觀測這一放大的像，就可以觀察到這帶有小於衍射極限細節的物體，實現超解析度成像。本項目在下面三個方面對這種具有超分辨成像特性的微球透鏡進行了深入的研究：第一，在微球透鏡的成像性能方面：研究不同尺寸高折射率鈦酸鋇玻璃（BTG）微球透鏡的成像特性，特別是當微球直徑增大，成像特性向幾何光學過渡的過程；研究了BTG微球透鏡與樣品保持一定的空間距離時的成像特性，發現BTG微球透鏡和樣品表面有一定距離時，仍然具有超分辨成像能力；通過把微球半浸沒在SU-8膠中來減少微球成像時的畸變；研究了非球形微透鏡的超分辨成像特性以及浸沒介質SU-8光刻膠的厚度對BTG微球成像的影響。第二，微球透鏡的成像機理方面：我們研究了微球透鏡的尺寸，浸沒介質等因素對微球透鏡的光子納米噴流和微球透鏡超分辨成像特性的影響，以及微球透鏡產生的光子納米噴流的長度和其成像範圍的關係的影響，揭示了光子納米噴流在微球超分辨成像中作用。第三，提高微球透鏡成像解析度和對比度的途徑方面：我們把幾何光學中通過油浸的方式提高物鏡的數值孔徑這一思路引入到微球透鏡，提高了BTG微球成像時的解析度；研究了樣品表面鍍有的銀膜對BTG微球成像效果的影響。發現粗糙銀膜引起的散射作用和表面等離激元波的局域場增強效應,使得更多物體的高頻信息耦合進微球, 可提高微球成像的解析度和成像範圍；研究了介質平面波導耦合的微球透鏡的成像特性，發現平面介質波導結構可以有效的提高微球透鏡對物體高頻成分的耦合效率；提出了利用級聯型微球透鏡來改善微球透鏡的成像放大率。這些研究將有助於開發出實用的超分辨微球透鏡。