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光学技术论文选题背景

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phduan
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tl2581908

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80年代以来, 随着科学与技术向小尺度与低维空间的推进与扫描探针显微技术的发展,在光学领域中出现了一个新型交叉学科——近场光学。近场光学对传统的光学分辨极限产生了革命性的突破。新型的近场光学显微镜 ( NSOM——Near-field Scanning Optical Microscope,或称 SNOM)的出现使人们的视野由入射光波长一半的尺度拓展到波长的几十分之一,即纳米尺度。在近场光学显微镜中,传统光学仪器中的镜头被细小的光学探针所代替,其尖端的孔径远小于光的波长。早在1928年, Synge提出:用入射光透过孔径为10nm 小孔照射到相距为10nm的样品后, 以10nm 的步长扫描并且收集微区的光信号时,就可能获得超高分辨率。在这种直观的描述中, Synge 已经清楚地预测了现代近场光学显微镜的主要特征。1970年,Ash 和 Nicholls 应用近场的概念, 在微波波段( K=3cm)实现了分辨率为 K/ 60的二维成像。1983年,BM 苏黎世研究中心成功地在金属镀膜的石英晶体尖端制备了纳米尺度的光孔。利用隧道电流作为探针和样品间距的反馈,获得 K/ 20的超高光学分辨率的图象。使近场光学能引起更广泛关注的推动来自于AT&T Bell 实验室。1991年 Betzig 等人用光 学纤维制成高通光率的锥形光孔, 侧面蒸镀金属薄膜,加上独特的切变力探针-样品间距调 控法,不但使透过的光子通量增加了几个数量级,同时又提供了一种稳定、可靠的调控方法,引发了近场光学显微镜在生物、化学、磁光畴与高密度信息存储器件、量子器件等不同领域中高分辨光学观察中的一系列研究。 所谓近场光学,是相对于远场光学而言。传统的光学理论,如几何光学、物理光学等,通常只研究远离光源或者远离物体的光场分布,一般统称为远场光学。远场光学在原理上存在着一个远场衍射极限,限制了利用远场光学原理进行显微和其它光学应用时的最小分辨尺寸和最小标记尺寸。而近场光学则研究距离光源或物体一个波长范围内的光场分布。在近场光学研究领域,远场衍射极限被打破,分辨率极限在原理上不再受到任何限制,可以无限地小,从而基于近场光学原理可以提高显微成像与其它光学应用时的光学分辨率。基于近场光学技术的光学分辨率可以达到纳米量级,突破了传统光学的分辨率衍射极限,这将为科学研究的诸多领域,尤其是纳米科技的发展提供有力的操作、测量方法和仪器系统。目前,基于隐失场探测的近场扫描光学显微镜 、近场光谱仪已经在物理、生物、化学、材料科学等领域中得到应用,并且应用范围正在不断地扩大;而基于近场光学的其它应用,如纳米光刻和超高密度近场光存储、纳米光学元器件、纳米尺度粒子的捕获与操纵等等,也吸引了众多科学工作者的注意。

光学技术论文选题背景

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江左的宗主

随着科学的进步,当今医学成像技术已经在医学诊断中起着重要的作用,各种探测方法和显示手段趋于更精确、更直观、更完善从而有助于人们观察生物组织,了解材料结构,它的发展是物理、数学、电子学、计算机科学和生物医学等多门学科相互结合的结果。从显微镜的发明到 X 射线在医学上的应用使人们以图像的形式观察到了肉眼不能直接看到的形态结构,推动了医学诊断的发展。目前,各种医学成像技术不断发展,用于生物医学领域的研究,不同的成像原理可以用于观察不同的器官组织,不但给出组织的形态,还对组织特征进行识别和检测。各种成像技术中,光学相干断层扫描技术/光学相干层析成像 (OpticalCoherence Tomography)是一项新兴的光学成像技术,当从散射介质中返回的弹道光子和蛇行光子与参考光的光程差在光源的相干长度范围内,发生干涉,而漫射光子与参考光的光程差大于光源的相干长度,不能发生干涉,从而把带有被测样品信息的弹道光子和蛇行光子提取出来,进行成像,它可以实现对生物组织高分辨率的非侵入层析测量,具有广泛的应用前景。光学相干层析成像技术是从光学相干域反射仪(或光学低相干反射仪)发展而来的,1991 年,美国麻省理工学院(MIT)的 David Huang 等人在 Science 上首先报道了光学相干层析成像(简称 OCT)技术。之后 Schmitt 等将此技术用于生物组织光学特性参数测量,取得了很好的效果。1996 年 Carl Zeiss Meditec I of California 把眼科的 OCT系统做成临床医疗器械投放市场。OCT 技术问世以来,各个研究机构为了扩展它的应用范围和提高性能进行了大量的研究工作,出现了许多新方法,为 OCT 技术在医学领域的广泛应用打下基础。
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