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激光共聚焦扫描显微镜是一种综合了光学、机械、电子、计算机及数字图像处理等技术,具有较高的横向和纵向分辨力的三维无损检测仪器。本文在深入研究激光共聚焦光学显微成像原理和高速扫描技术的基础上,自主研制了一台新型的RIKES(拉曼感生克尔效应)激光共聚焦扫描显微镜样机,具有扫描速度快和模块化等优点,本课题组为RIKES激光共聚焦显微镜样机开发出了配套的控制和成像系统,到目前为止已经取得了部分实验成果。
目前国内在共聚焦显微镜领域已经取得了一定的成就,但在智能化和纵向横向分辨率方面尚有待进一步的提高,且少有应用性的实际产品的报道。激光共聚焦显微镜的智能化和分辨力首先必须依赖精密的光学和机械系统,本论文在介绍RIKES共焦显微镜系统成像原理基础上,着重分析光学系统各个部分对成像品质影响,阐述了其光机结构的实现。本论文的主要研究工作如下:
(1)研究了拉曼感生克尔效应光谱共聚焦显微镜的成像理论。在此基础上,分析了RIKES共聚焦显微镜的三维成像特性和空间分辨率。
(2)在RIKES共聚焦显微镜的理论基础上,提出了基于扫描振镜光学系统的成像方案。
(3)分析了影响基于扫描振镜RIKES共聚焦显微镜成像品质的各项因素,且在实现最优图像品质的前提下设计各部分光机结构。
(4)设计了高精度的带空间滤波器(滤波针孔/探测针孔)的激光扩束准直镜,并将其应用在入射光光路和信号探测系统中。
(5)对扫描振镜的动态特性进行分析,详细阐述了正交双振镜在扫描成像中的具体应用。
(6)满足光学系统的调节需求,为主要光学元件设计了微调结构。
(7)完成了基于扫描振镜RIKES共聚焦显微镜样机的设计、加工、安装和调试,并得到了一些初期的实验结果。