光纤束共焦显微系统的理论分析与设计

论文摘要

光纤共焦显微成像系统由于结构简洁、轻便,加上其极高的横向和纵向分辨率,在生物医学,材料科学、微电子检测等方面有着广泛的应用。本文是以实现并行共焦显微成像为主要研究对象,对相应的光学系统进行了理论分析与设计.研究了光纤束共焦系统实现并行扫描成像的理论。利用微透镜阵列和光纤束,初步提出一种能实现并行扫描成像的光纤束共焦显微系统。并对该系统中的一些关键的光学元件进行了设计.主要研究内容如下:以傅立叶光学为理论基础,以薄透镜的点扩散函数、光学传递函数为出发点,较深入的研究了含初级球差的反射式光纤共焦显微系统的光学传递函数。根据光纤共焦显微术成像原理,结合抽样定理,和微透镜阵列的排列特点,分析了光纤束共焦显微成像机理,导出光纤束共焦显微系统的点扩散函数和光学传递函数。分析了影响光纤束共焦显微术分辨率的因素。分析的结果为光纤束共焦显微系统的设计提供理论依据。根据对光纤束共焦显微成像原理的分析,结合实际已有微透镜阵列,初步设计一种分辨率有一定的保证,结构较简单,能实现并行扫描的光纤束共焦显微系统。总体把握光纤束共焦显微成像的光路系统,分析各光学部件的作用,合理选用光学元件,如:微透镜阵列、光纤束规格、探测器CCD等。以满足光纤束共焦扫描成像的要求.利用光学设计软件Zemax,设计了光纤束共焦显微系统中的耦合透镜和光纤束末端的微物镜等光学元件。并对设计结果进行了像质评价分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3 课题的来源和研究意义
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 共焦扫描显微术成像理论
• 2.1 薄透镜菲涅尔衍射理论
• 2.2 相干衍射系统的成像分析
• 2.2.1 薄透镜的点扩散函数
• 2.2.2 衍射受限系统的点扩散函数
• 2.2.3 衍射受限系统的相干传递函数
• 2.3 共焦显微成像理论
• 2.3.1 相干成像公式和点扩散还函数
• 2.3.2 相干传递函数
• 第3章 光纤束共焦显微成像理论
• 3.1 光纤传像原理
• 3.1.1 光纤的结构与分类
• 3.1.2 光纤中的光线
• 3.1.3 光纤的数值孔径
• 3.2 反射式光纤共焦显微成像理论
• 3.2.1 反射式光纤共焦系统的点扩散函数
• 3.2.2 反射式光纤共焦显微系统的相干传递函数
• 3.3 考虑像差反射式光纤共焦成像理论
• 3.3.1 含像差的反射式光纤共焦相干传递函数
• 3.3.2 数值计算与分析
• 3.4 光纤束共焦显微成像理论
• 3.4.1 光纤传像束
• 3.4.2 光纤束共焦显微成像理论
• 3.4.3 光纤束共焦显微系统成像的影响因素
• 3.5 本章小结
• 第4章 光纤束共焦显微系统的结构
• 4.1 一般的共焦显微镜的扫描系统
• 4.1.1 点扫描方式
• 4.1.2 并行扫描
• 4.2 光纤束共焦显微系统的设计
• 4.2.1 光纤束共焦显微系统的总体结构
• 4.2.2 系统模块
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统耦合透镜和微物镜的设计
• 5.1 ZEMAX光学设计软件简介
• 5.2 微透镜阵列耦合透镜的设计
• 5.2.1 设计要求
• 5.2.2 耦合透镜设计
• 5.2.3 设计结果分析
• 5.3 微物镜的的设计
• 5.3.1 微透镜的设计要要求
• 5.3.2 设计过程
• 5.3.3 设计结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 下一步的研究思路及展望
• 参考文献
• 在学期间的论文
• 致谢