52, 021801(2015)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2015《中国激光》杂志社
021801-1
折射率不匹配引入的像差对共聚焦显微成像的影响
肖 昀
1,2,3
张运海
1
檀慧明
1
1
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
2
中国科学院大学, 北京 100049
3
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
摘要 为了研究 折射率不匹配 引 入的像差对共 聚焦显微镜成 像的影响，根据 Richards 和 Wolf 矢量衍射 积 分建立计
算模型 ，分析 共聚焦显微 镜常用的两 种情况中存 在折射率不 匹配时的点 扩散函数(PSF)，并通过 实验进行验 证。光
束经 过折射 率不匹 配 的油-盖玻 片-水聚焦 时，探测 深度从 0.5
μm
增至 10
μm
，其 PSF 的 z 轴半峰 全宽(FWHM)从
0.4391
μm
变为 0.931
μm
，其光强最大值从 1.161 降为 0.4119。 当探测深度为 10
μm
时，折射率匹配的空气-空气-
空气 的 PSF 的 z 轴 FWHM 为 1.059
μm
，光强 最大值 为 1；而 折射率 不匹 配 的空 气-玻璃-水的 PSF 的 z 轴 FWHM 为
7.5
μm
，光强 最大 值为 0.04632。 当探 测深 度较大 时，折 射率不 匹配 引入 的 像差 会导 致光斑 变大 和不 对 称，能 量分
散，影响成像质量。
关键词 共聚焦; 折射率不匹配; 点扩散函数; 矢量衍射积分
中图分类号 O439 文献标识码 A
doi: 10.3788/LOP52.021801
Effect of Aberration Induced by Refractive Index Mismatch on
Imaging in Confocal Microscopy
Xiao Yun
1,2,3
Zhang Yunhai
1
Tan Huiming
1
1
Jiangsu Key Laboratory of Medical Optics, Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology,
Chinese Academy of Science, Suzhou, Jiangsu 215613, China
2
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3
Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,
Changchun, Jilin 130033, China
Abstract According to Wolf and Richard′ s vectorial diffraction integral, a model is established, and the point
spread function (PSF) in the two common conditions of confocal microscopy with a refractive index mismatch
to study the effect of aberration induced by refractive index mismatch on imaging in confocal microscopy. The
model is tested by experiment. When the beams focus into a spot through oil, coverslip and water, the full width
at half maximum (FWHM) of the PSF along the z axis is broadened from 0.4391
μm
to
0.931 μm
with the
detective depth from 0.5
μm
to 10
μm
. And the maximum intensity of the PSF is reduced from 1.161 to 0.4119.
When the detective depth is 10
μm
, the FWHM of the PSF with the refractive index match along the z axis is
1.059
μm
, and its maximum intensity is 1. But the FWHM of the PSF with refractive index mismatch along the z
axis is 7.5
μm
, and its maximum intensity is 0.04632. When the detective depth is large, the aberration induced
by refractive index mismatch can make light spot bigger, dispersive energy and influent the imaging quality.
Key words confocal; refractive index mismatch; point spread function; vectorial diffraction integral
OCIS codes 180.1790; 350.5730; 120.4820; 120.1880
收稿日期: 2014-08-10; 收到修改稿日期: 2014-08-19; 网络出版日期: 2015-01-15
基金项目: 国家重大科研装备研制项目(ZDYZ2013-1)、苏州医工所二期重大项目(Y052031205)和苏州应用基础研究计划
项目(SYG201324)
作者简介: 肖 昀(1988—)，男，博士研究生，主要从事激光共聚焦显微镜成像技术方面的研究。E-mail: xiaoy@sibet.ac.cn
导师简介: 张运海(1975—)，男，博士，研究员，博士生导师，主要从事超分辨显微光学成像技术方面的研究。
E-mail: zhangyh@sibet.ac.cn(通信联系人)
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