比较了基于光激发-光抑制(SPIN)和受激辐射损耗(STED)的两种双光束超分辨数据写入技术的机理,为基于STED的超分辨数据写入技术建立了动态物理模型,研究其光致聚合过程中的工作机制,并模拟了基于SPIN和STED的双光束超分辨数据写入技术在记录点尺寸和分辨率方面的差异。结果表明:基于STED的双光束超分辨数据写入技术具有无需抑制剂、原理简单的优势,但其需要第二束辅助光的强度较大且对聚合作用的抑制效率低,在多点写入情况下点的尺寸变大,记录均匀性变差。基于SPIN的双光束超分辨数据写入技术所需能量小,多点记录时引发剂分子消耗将抵消抑制剂分子消耗带来的影响,整体均匀性和稳定性好。因此基于SPIN的双光束超分辨数据写入技术在超高密度存储领域应用前景更好。

随着纳米技术的不断发展，各行业领域对纳米尺寸结构的加工需求与日剧增，激光直写加工技术作为一项重要的三维微纳结构加工手段，在多个现代科学技术领域得到了广泛应用。针对三维微纳结构制备，双光束超分辨激光加工技术，结合双光子聚合(TPP)过程与受激发射损耗(STED)纳米显微技术的原理，实现了超光学衍射极限的加工分辨率，为三维纳米结构加工技术及其应用提供了新的发展方向。本文将阐述基于双光束超分辨激光加工技术超光学衍射极限的基本原理，并回顾该技术在改善加工线宽及分辨率等方面的研究进展，以及在相关领域中的应用。最后就如何实现低成本、高效率、大面积、多功能性材料加工存在的挑战和未来发展方向进行了讨论。

受激发射损耗显微技术(STED)作为一种远场超分辨显微成像技术, 具有几十纳米甚至几纳米的空间分辨率, 是细胞生物学等研究领域的重要成像工具。圆环形空心损耗光在物镜焦点附近的光场强度分布对STED空间分辨率起决定性作用。在高数值孔径物镜聚焦下, 光场的偏振态会对聚焦光场的强度分布产生显著的影响, 此外, 显微系统的轴外像差会严重破坏空心损耗光焦斑的中心对称性。基于矢量衍射理论, 理论模拟了在高数值孔径物镜聚焦条件下, 入射涡旋光的偏振态和光学系统中的彗差和像散对空心损耗光焦场强度分布的影响。实验上使用纯相位型空间光调制器来校准光学系统相差, 优化变形的损耗光, 利用纳米探针扫描焦点区域, 测量了其焦场强度分布。测量结果与由矢量稍微理论观测的结果一致。

受激辐射损耗显微成像(STED)是一种超分辨荧光显微成像技术, 它能够突破传统光学衍射极限的限制, 把远场光学分辨率提高到百纳米以内, 被广泛应用于生物医学等领域, 是目前光学显微成像领域研究的热点之一。采用了一种基于超连续谱皮秒脉冲白激光光源的STED显微系统, 实现超分辨成像。并从精密合束、脉冲延迟和损耗光残留光强几个方面探讨系统优化, 从而获得最佳的成像效果。对直径约25 nm荧光微球成像实验的数据表明: 该系统成像分辨率可达约60 nm, 分辨能力远远高于衍射极限。另外, 系统成功实现了对核孔复合物、微管和微丝等一系列生物样品的超分辨成像, 共聚焦成像中某些模糊不清的结构在STED成像中清晰可辨。

针对受激辐射损耗(STED)超分辨显微术分辨率不够高的问题，研究了损耗光偏振态、相位和振幅多种物理量对焦斑的影响，以形成半峰全宽窄的圆环形损耗光焦斑。根据RichardsWolf矢量衍射理论，建立了偏振态、相位和偏振态作用下的损耗光焦斑模型；计算了不同偏振态、不同相位振幅调制参数下损耗光焦斑的分布情况；通过优化各参量得到有效激发荧光的分布。计算结果表明，应用切向偏振时的损耗光焦斑半峰全宽优于应用径向偏振和圆偏振；相位和振幅的调制作用均能减小半峰全宽；优化后有效激发荧光的理论半峰全宽仅为13.2 nm。采用损耗光的偏振态、相位和振幅对损耗光焦斑进行整形，能够有效减小半峰全宽，获得较高的理论分辨率，比仅使用单一物理量的效果更好；应用切向偏振光能够获得高质量的损耗光焦斑和超衍射极限的分辨能力，根据不同实际情况选择相位或振幅调制的方法可进一步提高分辨率。