检索结果-南通市图书馆

作者：姜海峰南京邮电大学

学位级别：硕士

氮-空位(Nitrogen-Vacancy)色心是含氮金刚石中广泛存在的一种晶格缺陷,在室温环境下,NV色心具有优异的光学特性,同时具备自旋寿命较长、能够进行光学自旋态的初始化与读出、可相干微波自旋操控等优势,因此NV色心在微波磁场精密测量领... 详细信息

氮-空位(Nitrogen-Vacancy)色心是含氮金刚石中广泛存在的一种晶格缺陷,在室温环境下,NV色心具有优异的光学特性,同时具备自旋寿命较长、能够进行光学自旋态的初始化与读出、可相干微波自旋操控等优势,因此NV色心在微波磁场精密测量领域广泛应用。成像表征可实现空间场分布信息的获取,是对待测物体的目标信息的重构。不同于微型磁场探头、超导量子干涉仪(SQUID)等串行逐点扫描测量的方法,并行宽场成像可以快速获取大区域目标场信息。基于以上背景,本文主要对基于NV色心的宽场成像技术展开研究:1、基于量子金刚石显微镜技术,选用富含NV色心的金刚石薄膜样品,采用共聚焦技术与显微成像技术相结合,成功搭建了宽视场快速微波场成像系统。2、利用多通道脉冲发生器实现激光脉冲、微波开关脉冲、微波源以及CMOS相机同步工作;通过软件编程实现差分图像帧实时采集功能,并采用多帧重复测量求平均的方法,降低测量噪声,改善成像质量,提升了系统探测灵敏度。分析了系统噪声,包括光子散粒噪声、暗电流噪声及读出噪声。最后通过脉冲ODMR测量实验以及拉比振荡测量实验验证了系统的可行性。3、评估了成像系统各项参数。根据实验得到的相关数据推算出本系统的探测灵敏度可达2uT/(Hz);空间分辨率为1.5μm,选用大数值孔径的物镜,空间分辨率能够达到400nm;成像效率高,进行一次完整的宽场成像测试仅需900ms。最后实现了晶体管放大器部分区域表面微波场快速成像,验证了系统良好的磁成像能力。本文提出了一种基于金刚石NV色心的宽视场快速成像技术,具有空间分辨率高、成像范围广以及快速实时成像等优势,有望为微波射频芯片快速无损检测提供一种全新的技术手段。

关键词： NV色心光子散粒噪声探测灵敏度空间分辨率宽场成像

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宽场NV成像的辐射天线设计及验证

宽场NV成像的辐射天线设计及验证

作者：李志明中北大学

学位级别：硕士

近些年来,以新型的固态量子自旋系统为热点的研究正在逐步形成了一个非常有实际意义的精密传感与测量平台。特别地,金刚石中的一种固有点缺陷——氮空位(NV)色心作为一种敏感传感单元受到广大研究人员的青睐。在室温环境情况下,NV色心... 详细信息

近些年来,以新型的固态量子自旋系统为热点的研究正在逐步形成了一个非常有实际意义的精密传感与测量平台。特别地,金刚石中的一种固有点缺陷——氮空位(NV)色心作为一种敏感传感单元受到广大研究人员的青睐。在室温环境情况下,NV色心具有稳固的结构、较长的相干持续时间、能够实现光学初始化与读出、以特定频率的微波对其量子态控制、良好的生物相容性,且没有毒性等优点,使其在核磁共振、半导体物理、生物医疗与生命科学、军事等精密传感和测量领域获得了非常广泛的认可。金刚石NV色心想要完成光探测磁共振,必须要操纵其量子自旋态,这时就需要微波对它的谐振作用。因此实现对产生微波作用的器件或者设备相关性能的检测就相当重要了,而NV色心量子传感与精密测量平台中的产生微波作用的是辐射天线,所以对于辐射天线的设计测试就显得非常必要。本文主要研究内容针对宽场NV色心成像平台下大面积微波均匀辐射特性的设计测试需求,通过高频模拟仿真软件模拟实现了2.87 GHz共振和均匀性为94%的模拟微波场,并且利用宽场NV成像平台对辐射天线进行测试表征。全文首先从天线发展过程中的不同参数性能改进方法简单介绍,又介绍了国内外研究人员通过辐射天线对于NV色心量子测量技术所取得的一些研究成果,紧接着说明了NV色心宽场成像技术的实质性研究进展,透露出该技术在辐射天线等一系列微波器件检测方面起到了一定的促进作用。然后叙述了辐射天线的基本设计理论和基于宽场NV成像的辐射天线检测原理。根据辐射天线对宽场成像技术的重要性,我们设计并搭建了金刚石NV色心成像测量平台,在光路平台和微波平台中,进行了对金刚石NV系综色心的量子态控制,再增加外加磁场偏置系统,完成其塞曼分裂,通过同步时序序列和处理系统得到获得相应的ODMR光谱。此外,还计算出1μm/pixel的成像系统空间分辨率和35μT/Hz的成像系统探测灵敏度。最后我们对自己设计的辐射天线进行了相关测试。对比实验室已有的辐射天线,带宽提高了11.82倍,辐射效率提升了71.8%。此外,在4.4×4.4 mm特定区域上,均匀微波区域的面积达到了94%。基于本文的研究内容和结论,说明了辐射天线的设计测试对于宽场NV成像具有非常大的必要性,同时也指导了量子无损探测技术对其他微波器件近场分布探测和芯片诊断分析等研究思路。

关键词： NV色心宽场成像量子传感与精密测量辐射天线

纳米探针辅助的近红外二区生物成像技术的研究及应用

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纳米探针辅助的近红外二区生物成像技术的研究及应用

作者：黄忠宇浙江师范大学

学位级别：硕士

生物成像是近代医学领域中的重要组成部分。与传统成像方法相比,光学生物成像具有无辐射、时间及空间分辨率高、样品损伤小、可获取实时图像等优点,在生物成像领域有着独特的应用优势。其中,近红外光在生物组织内的散射更小、引起的生... 详细信息

生物成像是近代医学领域中的重要组成部分。与传统成像方法相比,光学生物成像具有无辐射、时间及空间分辨率高、样品损伤小、可获取实时图像等优点,在生物成像领域有着独特的应用优势。其中,近红外光在生物组织内的散射更小、引起的生物自发荧光更低,应用于生物成像可以获得较高信背比（SBR）的图像。近红外光可进一步分成近红外一区（760-900 nm）和近红外二区（900-1880 nm）两个波段。其中,近红外二区波段在生物成像中的应用具有两个特点,其一是该波段的水吸收较大,可以在宽场成像技术中降低被散射的信号光子带来的背景噪声;其二是该波段的光散射较小,在生物体内具有较大的穿透深度,可以获取生物体内深层的图像。因此,近红外二区波段在成像领域具有成像深度较大、图像信背比较高等优点。本文主要介绍了基于金纳米棒的近红外二区细胞暗场散射成像工作,及基于聚集诱导发光纳米探针的近红外二区宽场成像和宽场显微成像工作。主要的研究内容包括:1、近红外二区细胞暗场散射成像。细胞是生物体结构和功能的基本单位,传统的细胞暗场成像仅限于可见光波段,本文结合近红外二区的波段优势,对传统的暗成像系统进行了优化,并基于该系统在近红外二区波段内对细胞进行暗场成像。与可见波段相比,在近红外二区波段成像背景噪声更小,细胞轮廓更清晰,随着波长增大成像对比度增大。2、金纳米棒辅助的近红外二区细胞暗场散射成像。细胞在近红外二区的散射较低,散射的光信号强度较低,为了进一步提高成像质量,本文引入金纳米探针来增强细胞散射强度,进而增强信号强度。本文使用一步法合成金纳米棒,其局部等离子体共振吸收峰位于近红外二区波段内。随后,对金纳米棒进行生物兼容性修饰并且非特异性标记了活细胞,将其应用在暗场散射成像中,获得了较好的成像结果,图像信背比较高,约为无金纳米棒辅助的细胞暗场散射成像的6倍。3、金纳米棒特异性标记细胞核的近红外二区暗场散射成像。我们将优化后的近红外二区的暗场成像系统用于细胞核的暗场成像,并引入金纳米棒辅助成像。利用膜穿透蛋白和核定位蛋白修饰金纳米棒,对细胞核进行特异性标记,最终获取了边界清晰的细胞核图像,且细胞核成像结构与细胞核特异性染料有非常好的共定位。与非特异性标记的细胞图像相比,特异性标记的细胞核的图像信背比更高。4、聚集诱导发光染料辅助的近红外二区宽场成像和宽场显微成像。为了探索近红外二区的抗散射性和穿透深度的优势,将其应用于动物活体成像中。本文搭建了近红外二区宽场成像系统和宽场显微成像系统,并利用一种具有较强的近红外二区荧光的聚集诱导发光（AIE）的纳米探针,分别对小鼠腹部血管和脑血管进行活体成像,取得了较好的成像效果。结果显示,此系统可以分辨0.5 mm的腿部血管,且用于脑组织的最大成像深度可达650μm,在此深度处依然可以分辨3.3μm的血管,还获取了小鼠脑血管的动态图像,并计算出其中一个血管的血流速度为1145μm/s。

关键词：近红外二区暗场显微镜宽场成像纳米金棒 AIE纳米探针深层组织成像

双尺度光纤荧光显微内窥成像系统的设计和实现

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双尺度光纤荧光显微内窥成像系统的设计和实现

作者：王飞龙南京航空航天大学

学位级别：硕士

高分辨率光学显微术的发展极大促进了生物医药领域的研究,为纳米药物的临床前基础研究提供了新的手段。研究表明,药物靶点多位于细胞内及细胞膜表面,经典的血浆药代动力学不能准确反映药物靶点周围的药物浓度,目前尚缺少纳米药物活体内... 详细信息

高分辨率光学显微术的发展极大促进了生物医药领域的研究,为纳米药物的临床前基础研究提供了新的手段。研究表明,药物靶点多位于细胞内及细胞膜表面,经典的血浆药代动力学不能准确反映药物靶点周围的药物浓度,目前尚缺少纳米药物活体内组织、靶细胞同步监测技术,纳米药物的研究存在一定的局限性。基于此,本文研发了一套双尺度光纤荧光显微内窥成像系统,通过实时监测纳米药物在体内组织水平和细胞水平上的转运过程,真实揭示纳米药物药代动力学特性。论文主要工作如下:1、针对纳米药物研究需求以及相关成像原理,给出了双尺度光纤荧光显微内窥成像系统整体设计方案,并搭建了该成像系统硬件平台。包括激光光源模块、宽场组织内窥成像模块、共聚焦激光扫描内窥成像模块三个部分,实现荧光信号在各个层次的数据采集。2、设计了系统人机交互界面,编写了系统采集软件,实现了去光纤束蜂窝状算法。软件基于Lab Windows/CVI和MATLAB开发,实现对宽场组织成像模块和共聚焦细胞成像模块的控制以及图像采集与处理,其中包括对光快门、滤光片转换轮的切换控制,宽场图像的采集控制,以及对振镜的扫描控制和细胞水平图像的获取;通过巴特沃斯带阻滤波器实现了实时去除光纤束蜂窝状结构算法,通过插值重建算法实现了蜂窝状图像的后处理,提高了成像质量。3、测定了系统参数及验证系统在体成像能力。宽场组织成像模块横向分辨率为11μm,视场大小为1.6 mm,共聚焦细胞成像模块横向分辨率为523 nm,纵向分辨率为6.67μm,视场大小为150μm。在体实验成像结果验证了系统满足活体小动物组织、细胞水平实时在体监测纳米药物转运特性的需求。搭建的双尺度光纤荧光活体内窥成像系统,已初步具备活体成像能力,为纳米药物深入到小动物在体组织、细胞层次的药物转运特性研究提供了有效的技术手段。

关键词：光纤内窥系统宽场成像共聚焦成像图像重建算法在体显微成像

基于深度卷积神经网络的低频SKA非共面大视场校正研究

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基于深度卷积神经网络的低频SKA非共面大视场校正研究

作者：肖一凡贵州大学

学位级别：硕士

探索再电离时期对于第一代发光天体的形成、从黑暗时代到光明时代的过渡、重子物质的再电离历史等演化过程都有着重要的意义。迄今为止世界上最大的射电望远镜阵列SKA第一期工程即将完成,投入观测后将为射电天文带来重大变革,其建成后... 详细信息

探索再电离时期对于第一代发光天体的形成、从黑暗时代到光明时代的过渡、重子物质的再电离历史等演化过程都有着重要的意义。迄今为止世界上最大的射电望远镜阵列SKA第一期工程即将完成,投入观测后将为射电天文带来重大变革,其建成后的首要科学目标就是研究宇宙黎明及再电离探测,这也是当今观测宇宙学最热门和最具挑战性的课题。深度学习算法在天文领域有不俗的表现,随着人们逐渐从搭积木式的深度神经网络的设计转向对网络内在运行机制的探索和建模,不同模型在射电天文领域的应用也成为研究热点。本课题受此启发,并以“宇宙第一缕曙光探测”项目为背景对再电离信号分离和宇宙点源的宽场成像进行探索,基于深度学习模型开发新的成像算法。微弱的再电离信号作为探索第一代发光天体的标志信号被淹没在强烈的宇宙大爆炸余晖中,辐射的亮温度仅有约1-10 m K,而前景辐射信号强度高达待测信号的约4-5个数量级,准确地识别并分离前景干扰是成功探测EoR信号的关键。为了解决这个问题,我们基于深度学习方法构建CNN-LSTM融合模型对SKA1-low的模拟数据进行训练和测试以识别并分离EoR信号。实验结果表明,相对于传统的多项式拟合和连续小波变换法,所提出的深度学习模型探测到的再电离信号在信噪比和Pearson相关系数的定量评价指标上具有更好的表现,为再电离研究领域提供了新的探索思路。大型低频干涉阵列在实现超大视场的EoR观测的同时伴随着多种复杂的仪器效应,过去对于观测视场较小的情况下采用的成像方法对于SKA的大视场成像不再适用,阵列基线的非共面性将导致所观测图像出现畸变。有效地校准仪器,发挥出仪器的设计性能,是目前最迫切的任务之一。传统的宽场校正算法消耗计算资源过大,无法应对SKA带来的海量观测数据。本次研究中对不同视场及天顶指向的点源结构进行模拟观测,首次搭建基于自注意力机制的卷积自编码网络,校正非共面基线效应(方向依赖)引起的畸变,并将开发的校正算法应用于在模拟数据中,重建天空模型。随后根据客观评估指标检验网络的精度及计算成本,将本算法与传统宽场校正算法进行对比分析。

关键词：再电离宽场成像非共面基线效应深度学习