根据矢量衍射理论编写的计算STED

资 源 简 介

根据矢量衍射理论编写的计算STED

详 情 说 明

STED显微镜（受激发射损耗显微镜）是一种突破光学衍射极限的超分辨成像技术，通过在传统共聚焦显微镜基础上叠加环形STED光束来限制荧光发光区域。本文介绍基于矢量衍射理论实现STED系统中关键光学元件——Z轴相位板的计算原理。

Z轴相位板的核心作用是生成特定三维光场分布。传统标量衍射理论在计算高数值孔径系统时会引入误差，而矢量衍射理论通过严格求解麦克斯韦方程组，能准确描述聚焦光场的矢量特性。计算过程主要包含三个关键环节：

入射光场建模：需要准确描述入射激光的偏振状态（通常采用径向或 azimuthal 偏振），以及初始相位分布（如涡旋相位板产生的螺旋相位）。

矢量衍射积分：通过Richards-Wolf矢量衍射积分公式，将前焦平面的电场分布转换为焦点附近的矢量场分布。该计算需要考虑物镜的高数值孔径特性。

光强分布计算：将获得的电场矢量进行叠加，最终得到STED光束在焦平面和轴向的光强分布。理想的Z轴相位板应能在轴向形成强梯度场，以实现三维超分辨。

实际工程中还需考虑相位板的离散化采样、制造公差等非理想因素对最终光场的影响。该计算方法也可延伸用于其他超分辨显微术（如SIM、PALM）的光场调控分析。