提高远场显微成像分辨率的幂函数光瞳滤波器研究

本文主要探讨了幂函数分布的振幅型光瞳滤波器在提升远场衍射显微成像分辨率中的应用。该研究旨在通过理论分析和数值模拟，利用光路中特定的振幅透射率随半径呈幂函数变化的光瞳滤波器，优化成像性能。作者运用标量衍射理论，推导出了夫琅禾费衍射分布的计算公式，借助MATLAB软件进行仿真，以分析不同幂次对衍射图样的影响。 具体来说，当光瞳滤波器的幂次数为3时，研究结果显示模拟得到的衍射分布具有较高的斯特雷尔比（Strehl ratio），即0.16，这表示主瓣的质量较高，图像中心区域的亮度相对均匀。同时，最大旁瓣强度比为0.1，意味着图像的干扰信号较低。分辨参量为0.76，这表明分辨率得到了显著提升，与未使用光瞳滤波器相比提高了约1.3倍。然而，随着幂次数的增加，主瓣宽度逐渐减小，这是优点，但同时也带来了主瓣强度降低（可能影响成像对比度）和旁瓣强度增大（可能导致边缘模糊）的问题。 这项工作对于远场光学显微镜实现超分辨率成像技术具有积极意义，它提供了一种可能的解决方案来改善图像质量和减少背景噪声。通过控制光瞳滤波器的设计参数，如幂函数的阶数，研究人员可以调整图像的细节分辨率和整体清晰度之间的平衡，这对于在生物学、材料科学等领域进行高精度观测至关重要。 本文深入研究了幂函数型光瞳滤波器在衍射显微成像中的应用潜力，为优化光学系统的性能，特别是在追求高分辨率的同时保持图像质量提供了实用的理论基础和技术指导。