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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).
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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

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

  • 1. 深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 深圳 518060
    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.

摘要: 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.

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