1、博士學(xué)位論文超衍射極限相干反斯托克斯拉曼散射顯微超衍射極限相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像技術(shù)研究成像技術(shù)研究TechnicalResearchofdiffractionbarrierbreakthroughincoherentantiStokesRamanscatteringmicroscopy一級(jí)學(xué)科：光學(xué)工程學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程研究生：劉偉指導(dǎo)教師：牛憨笨院士天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一三年十二月摘要摘要CARS顯微成像技術(shù)

2、的發(fā)展為生物學(xué)成像帶來了新的解決方案，廣泛應(yīng)用于脂類分子的顯微觀察，特別是活胞內(nèi)和活體內(nèi)的脂類分子成像。CARS顯微成像技術(shù)可以在無需外援性標(biāo)記的情況下，根據(jù)物質(zhì)分子的振動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)特性獲得反斯托克斯信號(hào)，靈敏度高具有良好化學(xué)特異性及三維層析能力。然而受衍射極限限制，目前CARS顯微成像技術(shù)的空間分辨率僅能達(dá)到橫向約300nm，軸向約800nm。如何突破衍射極限限制，獲得納米尺度的空間分辨率成為目前研究CARS顯微成像技術(shù)的首要任務(wù)。本論

3、文基于全量子理論分析時(shí)間分辨CARS，理論上提出一種突破光學(xué)衍射極限限制的CARS顯微成像方法，并計(jì)算了超分辨體積元內(nèi)的最小可探測(cè)分子數(shù)，這是開展超分辨CARS顯微成像實(shí)驗(yàn)研究的重要前提。完成了聚苯乙烯微球亞微米空間分辨率的CARS顯微成像，并對(duì)系統(tǒng)分辨率進(jìn)行了標(biāo)定，為實(shí)現(xiàn)突破衍射極限限制的CARS顯微成像奠定了基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)是：（一）采用全量子理論分析時(shí)間分辨CARS過程，在得到信號(hào)強(qiáng)度表達(dá)式的同時(shí)，分析了激發(fā)光的定

4、義域，從而克服了半經(jīng)典理論處理CARS過程的缺陷。（二）理論上提出一種附加探測(cè)光引起聲子耗盡的超分辨方法。該方法通過引入一束波長(zhǎng)不同的環(huán)形附加探測(cè)光與愛里斑周邊的相干聲子作用，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的改造，獲得小于衍射極限限制的空間分辨率。（三）對(duì)CARS超分辨顯微成像系統(tǒng)的探測(cè)極限進(jìn)行分析，確定超分辨體積元內(nèi)的最小可探測(cè)分子數(shù)目，對(duì)CARS超分辨實(shí)驗(yàn)研究具有重要的指導(dǎo)意義。（四）用labview控制納米定位臺(tái)與探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描，用Ma