1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了研究折射率不匹配引入的像差对共聚焦显微镜成像的影响，根据Richards 和Wolf 矢量衍射积分建立计算模型，分析共聚焦显微镜常用的两种情况中存在折射率不匹配时的点扩散函数(PSF)，并通过实验进行验证。光束经过折射率不匹配的油-盖玻片-水聚焦时，探测深度从0.5 μm 增至10 μm ，其PSF 的z 轴半峰全宽(FWHM)从0.4391 μm 变为0.931 μm ，其光强最大值从1.161 降为0.4119。当探测深度为10 μm 时，折射率匹配的空气-空气-空气的PSF 的z 轴FWHM 为1.059 μm ，光强最大值为1；而折射率不匹配的空气-玻璃-水的PSF 的z 轴FWHM 为7.5 μm ，光强最大值为0.04632。当探测深度较大时，折射率不匹配引入的像差会导致光斑变大和不对称，能量分散，影响成像质量。
共聚焦 折射率不匹配 点扩散函数 矢量衍射积分 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021801
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
4 北京交通大学 理学院， 北京 100044
利用点扩散函数(PSF)研究了入射激光的偏振态和光束的束腰直径对激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)分辨率的影响。根据Wolf和Richards的矢量衍射积分，建立了LSCM N-1层界面下的照明PSF模型，对零层和两层界面下的PSF进行了计算分析。结果显示: 在零层界面下，圆偏振光入射的PSF在xy平面内关于焦点旋转对称，半峰全宽为043 μm,x向线偏振光入射时PSF在x、y方向的半峰全宽分别为048, 039 μm; 在圆偏振光入射的PSF中，高斯光束充溢系数为0，1，2，5对应的半峰全宽分别为043，047，062，149 μm。在两层界面下，当探测深度为50 μm时，圆偏振光PSF的半峰全宽为026 μm，x向线偏振光入射时PSF在x、y方向的半峰全宽分别为028，024 μm; 在圆偏振光入射的PSF中，充溢系数为0，1，2，5对应的半峰全宽分别为026，028，032，068 μm。以上计算结果表明，和线偏振光相比，圆偏振光在一个方向的分辨率优于线偏振光，在相垂直的另一个方向的分辨率弱于线偏振光，圆偏振光PSF在xy平面内关于焦点旋转对称，得到了较好的成像质量; 物镜入瞳直径与激光束腰直径比值越小，LSCM的分辨率越好。
激光共聚焦显微镜 矢量衍射积分 点扩散函数 分辨率 偏振态 Laser Scanning Confocal Microscopy(LSCM) vectorial diffraction integral Point Spread Function(PSF) resolution polarization state
西安电子科技大学理学院， 陕西 西安 710071
半导体激光器光束由于其波导结构，出射光束发散角很大，属于非傍轴光束，使得用傍轴理论处理精度不高。为了精确地描述光场分布，需用更精确的非傍轴矢量理论进行分析。针对半导体激光器光束传输特性，运用光波矢量传播理论进行分析，由半导体激光器出射面光场给定边界条件，并运用瑞利矢量衍射积分公式，可以得到光场的半空间表示式，进而用稳相法进行计算，得到半导体激光器的远场矢量表示式。分析结果表明，在非傍轴区，光场传输方向分量不能忽略，矢量理论分析更为精确。
激光器 半导体激光器 瑞利矢量衍射积分 稳相法 光场分布 中国激光
2011, 38(s1): s102007
华侨大学信息科学与工程学院， 福建 泉州 362021
激光束经过大数值孔径透镜聚焦后，会得到一个亚波长量级的极小光斑，能够应用于显微技术、光刻和光数据存储。基于德拜矢量衍射积分公式，研究了激光束经过大数值孔径透镜的聚焦特性。较为系统地分析了大数值孔径聚焦的光强、相位、相干度和偏振度特性，以及入射光束偏振度和相位变化对聚焦光斑形状的影响。研究表明，激光束经过大数值孔径透镜聚焦后，光束本身带有的自旋角动量会转化成光束的轨道角动量。同时，随着大数值孔径的聚焦过程，激光束的相干度和偏振度也会发生变化。另外，通过调制入射光束的偏振度和相位分布情况，可以实现光束的整形。
物理光学 大数值孔径聚焦 德拜矢量衍射积分 角动量 激光与光电子学进展
2010, 47(10): 100501
利用Richards-Wolf矢量衍射积分公式,获得线偏振贝塞耳-高斯光束经具有初级彗差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场复振幅函数,根据复振幅函数模拟了不同彗差系数下线偏振贝塞耳-高斯光束各分量及总光场在焦平面上的光强分布模式.研究结果表明,初级彗差使线偏振贝塞耳-高斯光束聚焦光场在焦平面的分布由双轴对称变成单轴对称,光强模式发生改变;各分量及总光场的光强模式中的光斑位置随初级彗差系数的增大偏离光轴;大的初级彗差使焦平面出现干涉条纹.
物理光学 高数值孔径 贝塞耳-高斯光束 Richards-Wolf矢量衍射积分 线偏振 彗差 Physical optics High numerical-aperture Bessel-Gaussian beam Richards-Wolf vectorial diffraction integral Linearly polarization Primary coma aberration
利用理查德-沃耳夫矢量衍射积分,分析了初级球差对圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响,获得不同球差系数下的光强分布.结果表明,当初级球差系数增加,会聚光点偏离系统焦平面,纵向光场发生改变;焦点光强逐渐减小,焦平面光场发生变化;光轴上光强峰值逐渐减小,峰值两侧的旁瓣变化趋势相反,光强由对称分布变成非对称分布;初级球差对贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响不依赖其偏振态;离焦无法完全补偿初级球差对聚焦光场的影响.
物理光学 球差 圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束 高数值孔径 理查德-沃耳夫矢量衍射积分 Physical optics Spherical aberration Circularly polarized vortex Bessel- Gaussian beams High numerical-aperture Richards-Wolf vectorial integral
利用 Richards-Wolf 矢量衍射积分公式,获得矢量偏振贝塞耳-高斯光束经具有初级 慧差的高数值孔径系统聚焦后的 三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下聚焦光场的纵向分布,以及焦平面和光轴上的光强。研究表明,初级慧差的存 在导致矢量偏振贝塞耳-高斯光束的会聚光场发生偏移和变形,焦平面光强的分布和光轴上的光强峰值都受初级慧差和入 射光偏振态的共同影响,偏振态和初级慧差不影响聚焦光场在光轴上的对称分布。
物理光学 贝塞耳-高斯光束 Richards-Wolf矢量衍射积分 径向偏振 方位角偏振 慧差 physical optics Bessel-Gaussian beam Richards-Wolf vectorial diffraction integral radial polarization azimuthal polarization primary coma aberration
1 西南交通大学理学院物理系, 四川 成都 610031
2 华侨大学电子科学与技术系, 福建 泉州 362021
利用里查德-沃耳夫(Richards-Wolf)矢量衍射积分模型,推导了圆柱偏振贝塞耳-高斯(CPBG)光束经高数值孔径透镜聚焦的光场表达式,并用数值计算分析了各相关参数的取值变化对焦面及焦点附近光强分布的影响。研究表明,焦面光强大小及光强剖面形状与贝塞耳函数项相关参数β,偏振旋转角φ0,光束束腰宽度w0和数值孔径角α的取值相关。通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的具有涡旋性质的局域空心光束和平顶光束。
非线性光学 高数值孔径 贝塞耳-高斯光束 里查德-沃耳夫矢量衍射积分 圆柱偏振 涡旋
