[發(fā)明專利]緊湊型相襯顯微鏡中相位板設計方法

有效

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• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN108845412B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設計）人: 葉欣;肖佳慧;程慶慶
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B21/14;G02B27/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐穎

本發(fā)明涉及一種緊湊型相襯顯微鏡中相位板設計方法，在保持相襯顯微鏡整體構造不變的前提下，相位板的設計不再使用傳統(tǒng)商業(yè)相襯顯微鏡中相位板鍍膜的方法，而是使用超表面結構，此結構由金屬納米棒和石英襯底組成，通過精準控制金屬納米棒的旋轉角度，實現(xiàn)精準零頻濾波的功能，從而實現(xiàn)相襯裝置中相位板的設計?？朔鹘y(tǒng)相襯顯微鏡的相位板設計在制作上工藝繁瑣，選擇的材料性能復雜，成品容易受潮發(fā)霉，需要特定的保護才能延長其使用壽命的問題。設計方法解決傳統(tǒng)問題的同時提高了觀察物體的精度與靈活性，降低了生產成本。在成像的濾波精度上有所提高，并且可以實現(xiàn)對偏振敏感的物體觀察，有望取代傳統(tǒng)的相位板濾波方法。

技術領域

本發(fā)明涉及一種光學儀器技術，特別涉及一種緊湊型相襯顯微鏡中相位板設計方法。

背景技術

(1)相襯顯微鏡是近代顯微技術的一大重要成就。它的產生，使得人類的視覺在光學顯微鏡下得到了新的拓展。相襯顯微鏡將物體相位信息轉化為肉眼可見的強度信息，在各領域已得到了廣泛的應用。相襯顯微鏡的核心是相襯法的應用，通過空間零頻附近濾波，增大攜帶物體的像與背景的襯度，從而提高透明物體的可分辨率。

(2)傳統(tǒng)商業(yè)顯微鏡例如相位板都是由鍍膜等工藝制成，設計上靈活性低，在生產過程中曝光的不均勻性、材料受溫度濕度潮解等都會影響其使用質量，造成不可預料的誤差，工藝繁瑣復雜，成品不易保存，需要特殊的技術支持才能延長其使用壽命，并且對偏振不敏感，無法用于觀察偏振依賴型透明物。

(3)隨著現(xiàn)代微納加工技術的成熟，基于微納結構的光學研究日益增多，對超表面結構的研究也越來越多，此技術的理論也越來越清晰。由單層亞波長等離激元共振器組成的超表面結構可以使對圓偏振光產生局部的相位突變，控制其波前變化(Lingling Huang,Xianzhong Chen,Holger Mühlenbernd,Guixin Li,Benfeng Bai,Qiaofeng Tan,GuofanJin,Thomas Zentgraf,and Shuang Zhang.Dispersionless Phase Discontinuities forControlling Light Propagation.[J]NANOLETTERS,2012,5750-5755)。這些亞波長等離激元共振器主要是一些特定材料的納米棒，旋轉納米棒角度可以實現(xiàn)對圓偏振光的相位的精準控制，超表面結構不僅可用于調控光的相位，還可以改變光的幅值、偏振態(tài)等重要參量，具有一定的帶寬范圍，可同時對多波長光束進行調控，在設計和應用上也具有很大的靈活性。

發(fā)明內容

本發(fā)明是針對傳統(tǒng)商業(yè)顯微鏡相位板設計上靈活性低、工藝繁瑣復雜、使用壽命短、難以實現(xiàn)復雜的相位分布、生產誤差大的問題，提出了一種緊湊型相襯顯微鏡中相位板設計方法，利用超表面結構對圓偏振光的相位調控規(guī)律，設計出周期性的金屬納米棒超表面結構相位板。

本發(fā)明的技術方案為：一種緊湊型相襯顯微鏡中相位板設計方法，具體包括如下步驟：

1)根據相襯顯微鏡中焦平面上光斑的大小，即相位板位置上的光斑的大小，來確定相位板的總體圓面積大??；

2)確定相位板濾波范圍：最佳的濾波范圍如下：

其中，H(f_x,f_y)為空間頻譜分布；f_x、f_y為空間頻譜分布坐標，即相位板上的單個結構的中心坐標；j為相對透過的相位進行增加或減少π/2的相位，在3μm以內的透過光相對3μm之外的透過光有一個附加的相位，即相位調制，對零頻處進行濾波；

3)偏振敏感型相位板加工參數的確定：整個超表面相位板上陣列排列相同的金屬納米棒結構，每個金屬納米棒結構包括SiO2襯底和金屬納米棒上下兩部分，襯底部分為底面是正方形的長方體，金屬納米棒為長方體，金屬納米棒部分根據濾波范圍進行設計；