文摘

我们已经生成了相位共轭(PC)波从纳米粒子与一个新的微观系统。显微镜包括一个共焦系统的简并四波混频(DFWM)系统,这过程中起着重要作用生成相位共轭波补偿相位畸变对目标在光学路径。该光学系统检测到微弱的PC波和想象三维粒子同时提高inplane对比显微图像的分辨率。

1。介绍

在光学记忆有机天吸引了广泛关注,光通信、光学信息处理、OPC、全息记录,第三次谐波发生(THG)、受激散射等等(1- - - - - -8]。1972年,Zel 'dovich等人首先澄清了相位共轭波(PC)的概念。它有能力执行测量高精度的相位共轭光的相位校正。之后,简并四波混频(DFWM)系统提出了Hellwarth作为方法生成PC波。这种“堕落”意味着所有四波频率相等。DFWM系统可以测量所有的媒体没有相移。直到现在,传输带已经作为交换媒介来使用生成PC波(9]。在这个研究中,我们已经成功地从纳米颗粒掺杂生成PC波藻红蛋白(PE)染料首次最好的我的信念。

在本文中,我们目标利用一种新型显微镜,其中包括与DFWM系统共焦光学系统。目的是增加最大价值生成PC波和散射信号的改善合成inplane对比分辨率。很多传统的微观系统使用共焦光学显微镜对细胞观察。然而,inplane共焦系统的分辨率取决于激光的波长和物镜的数值孔径(NA)。因此,我们有一个想法使用PC波表现出非线性光学响应改善inplane对比共焦光学系统的分辨率。我们评估的相位共轭波的特征显微光学系统和执行3 d测量使用有机染料掺杂纳米颗粒。我们使用纳米粒子掺杂PE染料作为PC波的非线性光学材料。PE染料是一种色素蛋白存在于红藻类和拥有大量吸收波长的光源(见图1)。


图1
PE-dye-doped聚苯乙烯纳米粒子的吸收光谱。

在我们的论文中,我们采用合并后的四波混频和共焦光学系统光学系统。拟议的共焦光学系统设计的焦点,和成像透镜的焦点有共焦顾名思义的关系。当有一个目标在物镜的焦点位置,散射信号穿过针孔成像透镜的焦点。当目标是在一个位置偏离了物镜的焦点,散射信号不是成像成像透镜的焦点位置,和大部分的信号被针孔。因此,通过使用共焦光学系统,它可以检测只物镜的焦点位置的信息(10]。此外,移动时的piezo-stage样本,我们可以得到一个3 d图像转换成数字数据。

DFWM系统光学配置生成PC波。DFWM系统采用三梁:探测光束( ),向前泵梁( ),泵浦光和向后( )生成PC波。在这个时候,总入射电场E被编写为

现在,一个光波产生的非线性介质( )是简单的省略了。三阶非线性电极化导致代PC波表示如下:

现在, 真空介电常数和吗 张量分量的三阶非线性极化率。在本文中,我们考虑简并的情况。出于这个原因,的频率 也是相同的 。的波数 被编写为

两个泵束事件以来彼此相反, 。也就是说, ,这表明相位匹配条件满足。因此,DFWM系统中,如果两个泵束事件彼此相反,相位匹配条件自动满足和PC波生成。

共焦信号产生的震源深度范围内的目标,决定相应的有效波混合相互作用长度电脑生成的共焦DFWM系统提出。相互作用长度估计为283µNA = 0.9 m。这也是众所周知,PC波衍射效率增加而增加产品的吸收系数( )和膜厚度(左)在一个入射电子束强度比饱和磁化强度(我还高坐)的共振吸收材料。共焦DFWM系统方面相互作用长度对应的膜厚度L平时电脑生成常数在震源深度。因此,如果目标内的聚焦入射光强度不变的焦点深度、共焦PC波线性依赖的 ,这意味着吸收聚焦深度,这意味着吸收分子密度。此外,共焦显微镜安装在DFWM敏感检测PC波生成的一小部分。在实践中,因此,非常低的电脑波衍射效率不应该成为一个问题。结果,共焦DFWM系统三维测量PC波想象的精细结构共振吸收材料。

生成PC波来源于三阶非线性光学效应。因为所有材料三阶非线性磁化率造成的影响,相位共轭波的一代在所有媒体也是可能的。然而,由于是有限度的激光器的输出功率在实践中,这仅限于一个中等大的非线性光学介质的非线性磁化率。主要媒体非线性晶体,聚合物单晶,有机化合物和有机染料。在本文中,假设从活细胞PC波的生成,我们现在目标有机化合物。非定域化的共轭π苯环中包含电子包括有机化合物的非线性磁化率。为了获得大的非线性磁化率,有必要使用光源波长接近共振区域。摘要体育染料作为PC波发生器由于其自身的可饱和吸收特性。

2。方法

图2显示了一个显微镜光学系统提出的实验装置。这个系统的光源 激光( )。大功率相干光源对脉冲激光器至关重要。提出DFWM系统配备了共焦显微镜可以测量与低功耗。因此,我们不使用脉冲激光器,但使用连续波激光器(11,12]。激光调制在5 kHz的频率。这调制频率,可以消除白噪声足够的响应频率低于有机材料的样本。的散射信号样本,由光电二极管转换成一个电信号,通过锁定放大器。此外,信号的噪声被锁定放大器相位检测器,记录数据。


图2
实验设置DFWM非线性共焦显微镜。

现在,我们考虑的情况下检测PC波非线性磁化率 。一个x从激光偏振光束除以分束器(BS1)分为两束。由BS1反射光束的直径由两个平凸的透镜放大2.5倍为了最大化物镜的数值孔径(NA)。除以BS2扩束。的一个反映梁BS2成为探测光束( )。 将y通过半波片极化。 通过物镜聚集在样例(NA = 0.9)。在普通DFWM系统中,探测光束探测有重要作用和泵梁有一个令人兴奋的和生成的主要角色 。然而DFWM系统提出,探测光束在探测和激动人心的两个角色。此外,泵梁的作用是为PC波相互相匹配的条件下生成。在这种情况下,能量流从泵光束探测光束小得多,从探测光束泵泵束光束。出于这个原因,一般DFWM系统大多无法监控电脑的信号。拟议中的DFWM系统配备一个共焦显微镜,检测低散射可以监控低的一小部分电脑的信号。所有交互领域的通用DFWM系统措施,但该DFWM系统选择和措施只有小范围在焦点附近。针对小型互动区域,高密度光存储利用染料掺杂粒子报道(13- - - - - -17]。

另一束通过BS2通过平凸透镜(f= 200毫米)事件样本作为平面光束通过物镜。一方面,这束 。另一方面,梁除以BS1示例相反的事件 和 。这束变成了反泵浦光传播, 。

3所示。结果与讨论

图3显示了测量横向扫描得到的纳米颗粒的直径 在一个方向上。图的虚线3在普通共焦系统,实线是在DFWM-installed共焦系统。从图3,你可以看到更清晰的增加散射信号由DFWM共焦系统仅限于中央附近的纳米颗粒的一部分。散射信号与DFWM共焦系统增加了约10%。目前,平面对比分辨率的提高是轻微的,但从现在开始,我们相信inplane对比分辨率可以进一步提高提高入射光强度和光学系统在未来条件。


图3
从纳米颗粒共焦散射信号。

图4显示矢量的测量DFWM梁耦合用共焦显微镜。Y偏振探测光束 和x极化反传播两个泵束 辐照conjugator单个纳米粒子作为一个阶段。一方面,散射信号y极化在0和180度增加而增加泵浦光强度 ;另一方面,在散射信号x极化在90度显示没有增加。实验证实 的光束能量耦合 背散射的能量。纳米颗粒作为矢量相位共轭镜并生成能量耦合偏振转换。


图4
用共焦显微镜测量矢量DFWM梁耦合。

图5显示了一个2 d centrospherical纳米颗粒的形象。图5(一个)显示了与通常的共焦光学系统测量,和图5 (b)显示了与DFWM系统测量提出了。比较数据5(一个)和5 (b),在图的最大颜色值信号5 (b)比图吗5(一个)。此外,这是由于这一事实PC波是由DFWM生成系统,和散射信号的最大值从而增加。因为PC波生成只附近的纳米颗粒的中心部分,也就是说,附近的散射信号的最大值,平面图像的对比度分辨率得到了改进。

(一)
(一)
(b)
(b)
图5
层析图像的两维安排PE-dye-doped聚苯乙烯与两种类型的显微镜:(a)与传统共焦显微镜和(b) DFWM共焦显微镜。

图6显示了一个3 d图像叠加得到的层析图像如图5。你可以看到4纳米颗粒直径为500纳米的图6。纳米粒子的横截面图5,信号值增加,因为它更接近中心。相位失真校正的效果DFWM明显观察到纳米颗粒的内部。


图6
三维图像的两维安排PE-dye-doped聚苯乙烯纳米粒子与DFWM共焦显微镜。

此外,我们已经成功地电脑波代即使在纳米颗粒的直径只有200海里。图7(一)显示了与通常的共焦光学系统测量。图7 (b)显示了测量获得的水平扫描直径200纳米的纳米颗粒在一个方向上。图的虚线7在普通共焦系统,实线是在DFWM-installed共焦系统。从图7 (b),你可以看得更清楚,增加由于偏振矢量散射信号的转换(能量流x极化 来y极化 )DFWM共焦系统仅限于中央附近的纳米粒子与图的一部分3。

(一)
(一)
(b)
(b)
图7
(一)层析图像的两维安排PE-dye-doped聚苯乙烯。(b)共焦散射信号与没有DFWM纳米颗粒。

4所示。结论

我们已经成功地生成波PC与PE纳米颗粒掺杂染料结合DFWM系统首次共焦光学系统。通过叠加这些图像数据,我们已经成功地创建一个高对比度的3 d图像。该光学系统具有潜在的改善inplane对比解决纳米粒子由相位共轭波的形象。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。