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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

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

李亚晖, 梁闰富, 邱俊鹏, 林子扬, 屈军乐, 刘立新, 尹君, 牛憨笨
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  • 在相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering, CARS)显微镜中, 共线传输的紧聚焦高斯光束激发具有不同形状和尺寸的待测样品所产生的CARS信号场的空间分布决定了整体系统的结构特点. 建立了紧聚焦条件下球形样品产生CARS信号场的理论模型. 利用矢量波动方程分析了紧聚焦条件下线偏振的高斯光束的光场强度和相位分布. 利用格林函数求解该模型中CARS信号场的矢量波动方程, 模拟计算得到了不同直径球形样品的远场CARS信号场的空间分布. 理论分析和模拟计算结果表明, 对于小体积的球形样品, 前向和背向传输的CARS信号场强度接近, 因此采用大数值孔径物镜背向探测方式即可获得高对比度图像. 对于大体积球形样品, CARS 信号场的强度大幅增强, 且发射方向主要集中在前向的一定立体角内. 因此, 采用小数值孔径物镜即可有效收集前向传输的CARS信号.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB825802)、国家重大科学仪器设备开发专项(批准号:2012YQ150092)、国家自然科学基金重点项目(批准号:61235012)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11204226)和陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2014JM8324)资助的课题.
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    Humecki H J 1995 Practical Spectroscopy (Vol. 19) (New York: Marcel Dekker, Inc) pp95-105

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    Turrell G, Corset J 1996 Raman Microscopy Development and Applications (San Diego: Academic Press) pp1-28

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    Wang M, Tian Y, Zhang J M, Guo C F, Zhang X Z, Liu Q 2014 Chin. Phys. B 23 087803

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    Duncan M D, Reijntjes J, Manuccia T J 1974 Opt. Lett. 25 387

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    Yin J, Yu F, Hou G H, Liang R F, Tian Y L, Lin Z Y, Niu H B 2014 Acta Phys. Sin. 63 073301 (in Chinese) [尹君, 余锋, 侯国辉, 梁闰富, 田宇亮, 林子扬, 牛憨笨 2014 物理学报 63 073301]

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    Yin J, Lin Z J, Qu J L, Yu L Y, Liu X, Wan H, Niu H B 2009 Chin. J. Lasers 36 2477 (in Chinese) [尹君, 林子扬, 屈军乐, 于凌尧, 刘星, 万辉, 牛憨笨 2009 中国激光 36 2477]

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    Novotny L, Hecht B 2006 Principles of Nano-Optics (New York: Cambridge University Press) pp53-61

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    Chew W C 1990 Waves and Fields in Inhomogeneous Media (New York: Van Nostrand Reinhold) pp33-36

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    Ye P X 2007 Nonlinear Optical Physics (Beijing: Peking University Press) pp20-42 (in Chinese) [叶佩弦 2007 非线性光学物理 (北京: 北京大学出版社)第20–42页]

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    Bjorklund G C 1975 IEEE J. Quant. Electron 11 287

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    Teets R E 1986 Appl. Opt. 25 855

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    Wang M, Tian Y, Zhang J M, Guo C F, Zhang X Z, Liu Q 2014 Chin. Phys. B 23 087803

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-20
  • 修回日期:  2014-07-26
  • 刊出日期:  2014-12-05

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

  • 1. 深圳大学光电工程学院, 深圳 518060;
  • 2. 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 深圳 518060;
  • 3. 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB825802)、国家重大科学仪器设备开发专项(批准号:2012YQ150092)、国家自然科学基金重点项目(批准号:61235012)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11204226)和陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2014JM8324)资助的课题.

摘要: 在相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering, CARS)显微镜中, 共线传输的紧聚焦高斯光束激发具有不同形状和尺寸的待测样品所产生的CARS信号场的空间分布决定了整体系统的结构特点. 建立了紧聚焦条件下球形样品产生CARS信号场的理论模型. 利用矢量波动方程分析了紧聚焦条件下线偏振的高斯光束的光场强度和相位分布. 利用格林函数求解该模型中CARS信号场的矢量波动方程, 模拟计算得到了不同直径球形样品的远场CARS信号场的空间分布. 理论分析和模拟计算结果表明, 对于小体积的球形样品, 前向和背向传输的CARS信号场强度接近, 因此采用大数值孔径物镜背向探测方式即可获得高对比度图像. 对于大体积球形样品, CARS 信号场的强度大幅增强, 且发射方向主要集中在前向的一定立体角内. 因此, 采用小数值孔径物镜即可有效收集前向传输的CARS信号.

English Abstract

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