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超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中空心光束的形成

刘双龙 刘伟 陈丹妮 牛憨笨

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超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中空心光束的形成

刘双龙, 刘伟, 陈丹妮, 牛憨笨

Generation of dark hollow beams used in sub-diffraction-limit imaging in coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy

Liu Shuang-Long, Liu Wei, Chen Dan-Ni, Niu Han-Ben
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  • 空心光束的质量是超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中决定成像质量的一个至关重要的因素. 本文基于菲涅耳衍射理论,分析了螺旋相位片法产生空心光束的物理机理,并且模拟了不同的入射条件对产生的空心光束的影响. 模拟结果表明:波长与相位片中心波长匹配且光强呈圆对称分布的高斯光垂直入射到相位片上,当高斯光束中心与相位片中心完全对准时,可获得较理想的空心光束;入射光光强分布的圆对称性以及入射光中心与相位片中心的对准程度都会影响产生的空心光束的强度分布;同时,高斯光束小角度倾斜入射时,空心光的强度分布仍呈圆对称,却在观察面发生一定的位移;此外,入射光中心波长偏离相位片中心波长不大时,对产生的空心光束的强度分布几乎没有影响. 上述分析结果对用于超衍射相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中理想空心光束的获取具有重要的指导意义.
    Profile of a dark hollow beam in sub-diffraction -limit imaging is of crucial importance for its spatial resolution when using the coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy, as far as the imaging quality is concerned. Therefore, the generation of dark hollow beams through a vortex phase plate will be theoretically analyzed based on the Fresnel diffraction theory. Influences of different incidence conditions on the intensity distribution of the generated dark hollow beams are also investigated. And it is shown that a perfect dark hollow beam could be produced when a Gaussian beam is vertically incident upon a first-order vortex phase plate, with the incident light wavelength equal to that of the phase plate. However, both the circular symmetry of the incident beam's intensity distribution and the alignment between the centers of Gaussian beam and phase plate may affect the intensity distribution of the dark hollow beam, which will almost be in circular symmetry though it may shift some distance from the image center when at a small incident angle. Furthermore, the dark hollow beam's intensity distribution will scarcely change when the central wavelength deviation is very small from the incidence light and the phase plate. These results may be of great value in generation of perfect dark hollow beams in sub-diffraction –limit imaging by coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2012CB825802)、国家自然科学基金(批准号:61235012,61178080,11004136),国家重大科学仪器设备开发专项(批准号:2012YQ15009203)和深圳市科技计划项目(JCYJ20120613173049560,GJHS20120621155433884)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China(Grant No. 2012CB825802), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61235012, 61178080, 11004136, 60878053), the Special Funds of the Major Scientific Instruments Equipment Development of China (Grant No. 2012YQ15009203), and the Science and Technology Planning Project of Shenzhen, China (Grant Nos. JCYJ20120613173049560, GJHS20120621155433884).
    [1]

    Yamanaka M, Smith N I, Fujita K 2014 Microscopy 0 1

    [2]

    Park J, Lee J, Namgung S, Heo K, Lee H, Hohng S, Hong S 2014 Small 10 462

    [3]

    Hess S T, Girirajan T P K, Mason M D 2006 Biophys. J. 91 4258

    [4]

    Rust M J, Bates M, Zhuang X W 2006 Nature Methods 3 793

    [5]

    Hell S W, Wichmann J 1994 Opt. Lett. 19 780

    [6]

    Cheng J X, Xie X S 2003 The J. Phys. Chem. B 108 827

    [7]

    Evans C L, Xie X S 2008 Annu. Rev. Anal. Chem. 1 883

    [8]

    Cheng J X, Jia Y K, Zheng G, Xie X S 2002 Biophys. J. 83 502

    [9]

    Nan X, Potma E O, Xie X S 2006 Biophys. J. 91 728

    [10]

    Beeker W P, GroBP, Lee C J, Cleff C, Offerhaus H L, Fallnich C, Herek J L, Boller K 2009 Opt. Express 17 22632

    [11]

    Beeker W P, Lee C J, Boller K, GroBP, Cleff Cn, Fallnich C, Offerhaus H L, Herek J L 2010 Phys. Rev. A 81 012507

    [12]

    Nikolaenko A, Krishnamachari V V, Potma E O 2009 Phys. Rev. A 79 013823

    [13]

    Hajek K M, Littleton B, Turk D, McIntyre T J, Rubinsztein-Dunlop H 2010 Opt. Express 18 19263

    [14]

    Liu W, Niu H 2011 Phys. Rev. A 83 023830

    [15]

    Liu S L, Chen D N, Liu W, Niu H B 2013 Acta Phys. Sin. 62 184210 (in Chinese) [刘双龙, 陈丹妮, 刘伟, 牛憨笨 2013 物理学报 62 184210]

    [16]

    Liu X, Liu W, Yin J, Qu J L, Lin Z Y, Niu H B 2011 Chin. Phys. Lett. 28 034202

    [17]

    Yin J, Yu L Y, Liu X, Wan H, Lin Z Y, Niu H B 2011 Chin. Phys. B 20 014206

    [18]

    Parekh S H, Lee Y J, Aamer K A, Cicerone M T 2010 Biophys. J. 99 2695

    [19]

    Paulsen H N, Hilligse K M, Thøgersen J, Keiding S R, Larsen J J 2003 Opt. Lett. 28 1123

    [20]

    Liu W, Chen D N, Liu S L, Niu H B 2013 Acta Phys. Sin. 62 164202 (in Chinese) [刘伟, 陈丹妮, 刘双龙, 牛憨笨 2013 物理学报 62 164202]

    [21]

    Cai Y, Lu X, Lin Q 2003 Opt. Lett. 28 1084

    [22]

    Zhang Q A, Wu F T, Zheng W T, Ma L 2011 Acta Phys. Sin. 60 094201 (in Chinese) [张前安, 吴逢铁, 郑维涛, 马亮 2011 物理学报 60 094201]

    [23]

    Lee H S, Stewart B W, Choi K, Fenichel H 1994 Phys. Rev. A 49 4923

    [24]

    Zhang M Y, Li S G, Yao Y Y, Fu B, Zhang L 2010 Chin. Phys.B 19 047103

    [25]

    Yin J P, Gao W J, Wang H F, Long Q, Wang Y Z 2002 Chin. Phys. 11 1157

    [26]

    Watanabe T, Fujii M, Watanabe Y, Toyama N, Iketaki Y 2004 Rev. Sci. Instrum. 75 5131

  • [1]

    Yamanaka M, Smith N I, Fujita K 2014 Microscopy 0 1

    [2]

    Park J, Lee J, Namgung S, Heo K, Lee H, Hohng S, Hong S 2014 Small 10 462

    [3]

    Hess S T, Girirajan T P K, Mason M D 2006 Biophys. J. 91 4258

    [4]

    Rust M J, Bates M, Zhuang X W 2006 Nature Methods 3 793

    [5]

    Hell S W, Wichmann J 1994 Opt. Lett. 19 780

    [6]

    Cheng J X, Xie X S 2003 The J. Phys. Chem. B 108 827

    [7]

    Evans C L, Xie X S 2008 Annu. Rev. Anal. Chem. 1 883

    [8]

    Cheng J X, Jia Y K, Zheng G, Xie X S 2002 Biophys. J. 83 502

    [9]

    Nan X, Potma E O, Xie X S 2006 Biophys. J. 91 728

    [10]

    Beeker W P, GroBP, Lee C J, Cleff C, Offerhaus H L, Fallnich C, Herek J L, Boller K 2009 Opt. Express 17 22632

    [11]

    Beeker W P, Lee C J, Boller K, GroBP, Cleff Cn, Fallnich C, Offerhaus H L, Herek J L 2010 Phys. Rev. A 81 012507

    [12]

    Nikolaenko A, Krishnamachari V V, Potma E O 2009 Phys. Rev. A 79 013823

    [13]

    Hajek K M, Littleton B, Turk D, McIntyre T J, Rubinsztein-Dunlop H 2010 Opt. Express 18 19263

    [14]

    Liu W, Niu H 2011 Phys. Rev. A 83 023830

    [15]

    Liu S L, Chen D N, Liu W, Niu H B 2013 Acta Phys. Sin. 62 184210 (in Chinese) [刘双龙, 陈丹妮, 刘伟, 牛憨笨 2013 物理学报 62 184210]

    [16]

    Liu X, Liu W, Yin J, Qu J L, Lin Z Y, Niu H B 2011 Chin. Phys. Lett. 28 034202

    [17]

    Yin J, Yu L Y, Liu X, Wan H, Lin Z Y, Niu H B 2011 Chin. Phys. B 20 014206

    [18]

    Parekh S H, Lee Y J, Aamer K A, Cicerone M T 2010 Biophys. J. 99 2695

    [19]

    Paulsen H N, Hilligse K M, Thøgersen J, Keiding S R, Larsen J J 2003 Opt. Lett. 28 1123

    [20]

    Liu W, Chen D N, Liu S L, Niu H B 2013 Acta Phys. Sin. 62 164202 (in Chinese) [刘伟, 陈丹妮, 刘双龙, 牛憨笨 2013 物理学报 62 164202]

    [21]

    Cai Y, Lu X, Lin Q 2003 Opt. Lett. 28 1084

    [22]

    Zhang Q A, Wu F T, Zheng W T, Ma L 2011 Acta Phys. Sin. 60 094201 (in Chinese) [张前安, 吴逢铁, 郑维涛, 马亮 2011 物理学报 60 094201]

    [23]

    Lee H S, Stewart B W, Choi K, Fenichel H 1994 Phys. Rev. A 49 4923

    [24]

    Zhang M Y, Li S G, Yao Y Y, Fu B, Zhang L 2010 Chin. Phys.B 19 047103

    [25]

    Yin J P, Gao W J, Wang H F, Long Q, Wang Y Z 2002 Chin. Phys. 11 1157

    [26]

    Watanabe T, Fujii M, Watanabe Y, Toyama N, Iketaki Y 2004 Rev. Sci. Instrum. 75 5131

  • [1] 李健康, 李睿. 利用数值模拟研究表面增强相干反斯托克斯拉曼散射增强基底. 物理学报, 2021, 70(10): 104207. doi: 10.7498/aps.70.20201773
    [2] 田子阳, 赵会杰, 尉昊赟, 李岩. 基于混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射的动态高温燃烧场温度测量. 物理学报, 2021, 70(21): 214203. doi: 10.7498/aps.70.20211144
    [3] 吴迪, 蒋子珍, 喻欢欢, 张晨爽, 张娇, 林丹樱, 于斌, 屈军乐. 基于分数阶螺旋相位片的定量相位显微成像. 物理学报, 2021, 70(15): 158702. doi: 10.7498/aps.70.20201884
    [4] 张霞萍. 自由空间中时空复变量自减速艾里拉盖尔高斯光束的相互作用. 物理学报, 2020, 69(2): 024204. doi: 10.7498/aps.69.20191272
    [5] 彭亚晶, 孙爽, 宋云飞, 杨延强. 液相硝基甲烷分子振动特性的相干反斯托克斯拉曼散射光谱. 物理学报, 2018, 67(2): 024208. doi: 10.7498/aps.67.20171828
    [6] 宁效龙, 王志章, 裴春莹, 尹亚玲. 非线性晶体产生的空心光束中大尺寸粒子囚禁与导引. 物理学报, 2018, 67(1): 018701. doi: 10.7498/aps.67.20171571
    [7] 郑娟娟, 姚保利, 邵晓鹏. 基于光强传输方程相位成像的宽场相干反斯托克斯拉曼散射显微背景抑制. 物理学报, 2017, 66(11): 114206. doi: 10.7498/aps.66.114206
    [8] 张心正, 夏峰, 许京军. 激光超衍射加工机理与研究进展. 物理学报, 2017, 66(14): 144207. doi: 10.7498/aps.66.144207
    [9] 侯国辉, 罗腾, 陈秉灵, 刘杰, 林子扬, 陈丹妮, 屈军乐. 双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术的实验研究. 物理学报, 2017, 66(10): 104204. doi: 10.7498/aps.66.104204
    [10] 袁强, 赵文轩, 马睿, 张琛, 赵伟, 王爽, 冯晓强, 王凯歌, 白晋涛. 基于偏振光相位调制的超衍射极限空间结构光研究. 物理学报, 2017, 66(11): 110201. doi: 10.7498/aps.66.110201
    [11] 朱清智, 吴逢铁, 胡润, 冯聪. 空心光束尺寸的精确调控. 物理学报, 2016, 65(18): 184101. doi: 10.7498/aps.65.184101
    [12] 刘双龙, 刘伟, 陈丹妮, 屈军乐, 牛憨笨. 相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术研究. 物理学报, 2016, 65(6): 064204. doi: 10.7498/aps.65.064204
    [13] 施建珍, 许田, 周巧巧, 纪宪明, 印建平. 用波晶片相位板产生角动量可调的无衍射涡旋空心光束. 物理学报, 2015, 64(23): 234209. doi: 10.7498/aps.64.234209
    [14] 林子扬, 万辉, 尹君, 侯国辉, 牛憨笨. 分子环境变化对振动退相时间影响的实验研究. 物理学报, 2015, 64(14): 143301. doi: 10.7498/aps.64.143301
    [15] 张赛文, 陈丹妮, 刘双龙, 刘伟, 牛憨笨. 纳米分辨相干反斯托克斯拉曼散射显微成像. 物理学报, 2015, 64(22): 223301. doi: 10.7498/aps.64.223301
    [16] 谢晓霞, 王硕琛, 吴逢铁. Bessel光束经椭圆环形孔径后的衍射光场. 物理学报, 2015, 64(12): 124201. doi: 10.7498/aps.64.124201
    [17] 李亚晖, 梁闰富, 邱俊鹏, 林子扬, 屈军乐, 刘立新, 尹君, 牛憨笨. 紧聚焦条件下相干反斯托克斯拉曼散射信号场的矢量分析. 物理学报, 2014, 63(23): 233301. doi: 10.7498/aps.63.233301
    [18] 尹君, 余锋, 侯国辉, 梁闰富, 田宇亮, 林子扬, 牛憨笨. 多色宽带相干反斯托克斯拉曼散射过程的理论与实验研究. 物理学报, 2014, 63(7): 073301. doi: 10.7498/aps.63.073301
    [19] 刘伟, 陈丹妮, 刘双龙, 牛憨笨. 超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术及其探测极限分析. 物理学报, 2013, 62(16): 164202. doi: 10.7498/aps.62.164202
    [20] 于凌尧, 尹君, 万辉, 刘星, 屈军乐, 牛憨笨, 林子扬. 基于超连续光谱激发的时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射方法与实验研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5406-5411. doi: 10.7498/aps.59.5406
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-10
  • 修回日期:  2014-06-25
  • 刊出日期:  2014-11-05

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