Двухфотонный спектрометр-микроскоп на основе фемтосекундного твердотельного лазера

• Автор: Семин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЕЛАВА 1. ОСНОВЫ ЛИНЕЙНОЙ И НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКОЙ
МИКРОСКОПИИ
1.1 Современное состояние двухфотонной микроскопии
Е2 Принципы нелинейной оптики
1.3. Оптическая микроскопия
1.4. Конфокальная сканирующая микроскопия
1.5. Ближнепольная микроскопия
1.6. Многофотонная микроскопия
1.7. Оценка разрешающей способности микроскопа
1.8. Спектроскопия
1.9. Принципиальная схема спектрометрического прибора
1.11. Люминесцентная микроскопия - спектроскопия
1.12. Рамановская микроскопия - спектроскопия
1.13. Микроскопия сверхвысокого разрешения
1.14. Коммерческие микроскопы
ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНЫЙ МАКЕТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ЕГО АВТОМАТИЗАЦИЯ
2.1. Оптическая схема разработанной установки
2.2. Титан-сапфировый лазер
2.3. Автоматизация прибора
2.4.0писание среды разработки ЬаЬД
2.5. Структура разработанного программного обеспечения
2.5.1 Настройка и контроль основных приборов
2.5.2.Проведение экспериментов и контроль их параметров

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСТРУКТУР
3.1.Применение пептидных микро- и нанотрубок
3.2.Изготовление пептидных трубок
3.3. Определение разрешающей способности разработанной установки
3.4. Определение спектральной разрешающей способности разработанной установки
3.5. Определение чувствительности, днамического диапазона и контраста изображений разработанной установки
3.6. Экспериментальное исследование параметров генерации второй оптической гармоники в образцах пептидных трубок
3.7. Исследование фазового перехода в пептидных трубках
3.8. Полупроводниковые структуры на основе оксида цинка
3.9. Экспериментальные исследование локальных люминесцентных
свойств полупроводниковых микроструктур на основе оксида цинка
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Тема диссертационной работы связана с разработкой прибора, позволяющего проводить экспериментальные исследования нелинейно-оптических свойств микро- и наноструктур различной природы и функциональности (полупроводниковых, сегнетоэлектрических, магнитных, органических) методом двухфотонной микроскопии.
Актуальность.
Двухфотонная микроскопия является частным случаем многофотонной микроскопии и находит широкое применение при изучении различных физических и биологических явлений и объектов. Данный метод диагностики материалов включает в себя такие методики, как генерация второй оптической гармоники (ГВГ или ВГ) и двухфотонная люминесценция (ДФЛ).
На сегодняшний день основное применение многофотонной микроскопии - биология. Это связано с тем, что данная методика позволяет увеличить контраст изображения и латеральную разрешающую способность, а также получать трехмерные изображения тканей за счет изменения фокусировки лазерного излучения, что оказывается возможным в связи с большой глубиной проникновения излучения на основной длине волны (700-1000 нм) в биологические ткани (биологическое окно прозрачности).
Для исследования материалов методом двухфотонной микроскопии разработаны коммерческие образцы двухфотонных микроскопов, использующих конфокальную геометрию, повышающую контраст и пространственное разрешение изображений. Такого рода приборы присутствуют в модельном ряду компаний, занимающихся изготовлением оптических микроскопов и комплектующих к ним, например №коп (АШМР), 01утрш (БУЮОО МРЕ), СагШжв (Е8М 510 N1.0). Для исследования твердотельных микроструктур (для микроэлектроники) выпускаются конфокальные профилометры, однако эти приборы являются
однофотонными, и их функциональные возможности ограничены.

экран
лазер
микрометрическим винт вит
направление перемещения экрана
Рис.8. Принцип измерения диаметра лазерного пятна.
При этом при каждом положении экрана производится измерение мощности еще не перекрытого излучения. Так как пространственный профиль для большинства лазеров представляет собой гауссово распределение, то сигнал зарегистрированный детектором, представляет интеграл функции Гаусса. Зависимость изменения зарегистрированной мощности от положения экрана, позволяет достаточно точно определить диаметр лазерного пучка.
Для анализа полученных экспериментальных данных необходимо рассмотреть свойства гауссовых пучков. Одним из важных свойств гауссовых пучков является то, что результатом Фурье-преобразования также является гауссов пучок. То есть в любой точке на оси распространения излучения интенсивность световой волны в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, будет иметь вид гауссова распределения. Выражения для электрической компоненты электромагнитного поля для гауссова пучка может быть записано в виде:
где /-электрическое поле в точке Б с координатами х,у в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, Е0 - электрическая