全内反射荧光成像技术及其在单分子检测中的研究进展

全内反射荧光显微镜技术是当今最灵敏的生物成像和检测方法之一,可以直接探测单个荧光分子。这种方法已成功地用于生命科学、化学、物理学等研究领域,获得了常规方法无法得到的重要信息。本文介绍了全内反射荧光显微镜的工作原理和实验技术,总结了近年来这种单分子检测方法在生命科学、化学等领域的重要应用,并对其发展前景进行了展望。     

黄铁矿处理重金属废水的光谱表征

将反射光谱和吸收光谱用于黄铁矿处理酸性重金属废水的研究,探讨了黄铁矿的表面反应以及黄铁矿与重金属的相互作用。漫反射红外光谱分析证实,在处理废水过程中,黄铁矿中表面羟基与重金属离子发生反应;并通过考察黄铁矿中碳酸盐,合理解释了黄铁矿处理酸性重金属废水后的溶液自然均趋于中性(pH 7)的现象。可见区的反射光谱用于表征处理过程中的黄铁矿的颗粒及比表面变化,解释了黄铁矿在重复使用时其活性反而增强的原因。吸收光谱及XPS表征表明,黄铁矿处理含Cr(Ⅵ)废水,是一个由Cr(Ⅵ)到Cr3+再到Cr(OH)₃的吸附沉淀过程。     

半色调荧光图像的光谱反射与透射模型

荧光油墨半色调印刷品的显色预测规律是彩色成像领域内十分关键的课题。把荧光半色调印刷品反射出来的光分成两个独立的部分,即由最初入射光组成的主光流和由于吸收了主光流而产生的荧光流;并且采用了一个指数矩阵来描述墨层产生的荧光光强,从而得出了荧光半色调图像色彩的光反射规律。考虑到入射光中从一种颜色油墨入射后再由同色油墨出射的概率要比从其它色油墨出射的概率要大的事实,讨论中引入权重因子描述从同色油墨出射部分与从整个表面出射部分比例不同的现象,建立了荧光油墨半色调图像的Clapper-Yule新光谱反射率模型。     

基于彩色扫描仪的图像光谱重构

针对彩色扫描仪的特点,采用主元分析法(PCA)和反向传播(BP)人工神经网络(ANN)相结合的方法对图像光谱重构进行研究。选择IT8.7/2标准色卡作为训练样本,将该色卡中的另一组色靶作为检验样本以讨论不同网络结构以及不同主元数和训练样本数对光谱重构的影响,再以自然色系统(NCS)色卡为检验样本来分析不同种类的训练和检验样本与光谱重构性能的关系。实验结果表明,采用3-14-6网络结构和6个主元数是最佳选择,训练样本和扫描目标之间的一致性是基于彩色扫描仪图像光谱重构的关键所在。     

K9和石英玻璃基片上Au膜真空紫外反射特性研究

采用离子束溅射法,分别在经过不同前期清洗方法处理过的K9及石英玻璃光学基片上,选择不同的镀膜参量,镀制了多种厚度的Au膜。对镀制的Au膜在真空紫外波段较宽波长范围内的反射率进行了连续测量。测试结果表明:辅助离子源的使用方式、Au膜厚度对反射镜的反射率有重大影响。基片材料、镀前基片表面清洗工艺等对反射率也有一定影响。采用镀前离子轰击,可显著提高Au膜反射率及膜与基底的粘合力;获得最高反射率时的最佳膜厚与基片材料、镀膜工艺密切相关。对经过离子清洗的石英基片,膜厚在30 nm左右反射率最高;比较而言,石英基片可获得更高的反射率;辅助离子源的使用还显著影响获得最高反射率时对应的最佳膜厚值,且对K9基片的影响更显著。     

高斯光束斜入射法布里-珀罗干涉腔后的反射光强分布

基于多光束干涉原理,推导了高斯光束斜入射法布里-珀罗干涉仪后的反射光强表达式.在此基础之上数值研究了入射角对高斯光束的反射特性的影响.研究结果表明:当法布里-珀罗干涉腔的腔长满足反共振时,随着入射角的增大,反射光的光强分散,峰值强度下降后呈现出幅度衰减的波动;峰值位置随着入射角的增大,呈现出幅度越来越小的振荡偏移;光斑大小随入射角的增大,呈现出幅度减小的振荡.     

利用非规整膜系实现宽角度入射减偏振、减反射薄膜的研究

利用非均匀膜系理论对宽角度入射减偏振、减反射薄膜进行优化设计,分析了在宽角度入射的情况下,偏振光产生透过率不同的原因,选取了Na3AlF6、Ta2O5和Al2O3三种不同折射率材料,采用BK7作为基底,模拟设计了光谱区在500～560 nm波段、入射角为0~70°之间的多层减偏振、减反射薄膜,设计结果表明,薄膜的透过率得到大幅度提高.     

介质层厚对含负折射率介质Bragg微腔的影响

研究了介质层厚对含负折射率介质一维光子晶体Bragg微腔的缺陷模和双稳态的影响.在中心频率附近将传输矩阵各矩阵元采用泰勒级数展开并取一级近似,得到了缺陷模频率与介质层厚的关系式及品质因子公式.研究结果表明：一级近似法能很好地解释中心频率附近介质层厚对缺陷模频率的影响.理想Bragg微腔结构的缺陷模品质因子最大;递增正折射率介质层厚和增大缺陷层介质层厚、递减负折射率介质层厚及同时等量递减正和负折射率介质层厚,均可使缺陷模红移,双稳态阈值降低.     

基于差分反射高光谱成像的薄层TMDC材料检测技术研究

二维过渡金属硫化物(TMDC)材料因为独特的激子效应和材料学性质,在太阳电池、光催化、传感器、柔性电子器件等领域得到广泛的应用。层数对其性质有显著的调控作用,自动检测识别所需层数的样品是其从实验室走进半导体制造工业的重要技术需求。本文结合反射高光谱成像技术与图像处理算法,发展了一种二维TMDC薄层样品的显微成像自动检测技术。基于自主搭建的反射高光谱成像系统,对制备的不同层数TMDC标准样品进行了光学对比度的系统研究,阐明了层数的差分反射光谱机理,提出了可靠的层数判定方法。基于传统边缘检测技术优化设计了一套图像处理算法,实现了TMDC样品的图像检测及层数鉴定。本文方法具有普遍性、实用性,结合自动对焦的扫描控制,能够实现大规模的自动化样品检测,这也为其他表面目标的显微识别和检测提供了新的灵感和参考。     

谐振式微光学陀螺不同调制方式下背向反射噪声分析

建立了基于反射式光波导环形谐振腔的谐振式微光学陀螺背向反射噪声分析模型,仿真分析了背向反射噪声强度项和干涉项在系统互易和非互易时的影响。比较了不同调制方式下,谐振式微光学陀螺系统中背向反射噪声的抑制情况,研究表明,分频调制下载波抑制的方式可将背向反射噪声抑制到极限灵敏度以下,同频调制下背向反射噪声受限于光开关/脉冲调制器的信道串扰。分别搭建了分频调制和同频调制系统,实验测试结果表明分频调制下陀螺输出稳定,同频调制下由于未对背向反射噪声强度项进行抑制,引入了10°/s量级的噪声,验证了理论仿真结果。