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COMSOL淺談流體聚焦（水力聚焦）作者：極度喜歡上課一、引言在微流控芯片中，樣品液的聚焦能盡量避免樣品液與微通道壁面的接觸，減少樣品液污染的可能性以及降低微通道內(nèi)發(fā)生堵塞的風(fēng)險，對于一些具有細(xì)胞（顆粒）篩選功能的微流控芯片來說，預(yù)先通過聚焦形成單列細(xì)胞（顆粒）流更是必不可少的重要步驟，其中水力聚焦是常用的實現(xiàn)流體聚焦的方式。

基于矢量光束經(jīng)透鏡聚焦的光場分布分析，在高數(shù)值孔徑系統(tǒng)中，矢量衍射光束聚焦場具有以下特征：（1） 聚焦光場具有顯著的偏振特性，要用矢量衍射理論進行分析計算；（2） 聚焦光場各偏振分量與入射光場偏振態(tài)相關(guān)，并且出現(xiàn)軸向偏振分量。經(jīng)過高數(shù)值孔徑透鏡聚焦，光束的矢量偏振性質(zhì)發(fā)生變化。

研究發(fā)現(xiàn)，自聚焦效應(yīng)會導(dǎo)致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：（1）理想的高斯光束聚焦（2）經(jīng)過吸收之后的理想高斯光束聚焦（3）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的理想高斯光束聚焦（4）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的帶有像差的高斯光束聚焦圖1 模擬示意圖模擬結(jié)果圖2 初始理想高斯光束光強分布圖3 理想高斯光束的成像切片

共聚焦顯微鏡作為一種高精度的成像技術(shù)，為這些領(lǐng)域提供了強大的工具。 共聚焦顯微鏡成像原理 共聚焦顯微鏡的成像原理基于激光掃描和光學(xué)切片技術(shù)。通過使用光源，顯微鏡能夠?qū)悠愤M行逐點掃描，并通過共軛孔徑系統(tǒng)排除非焦平面的光，從而實現(xiàn)高分辨率的二維圖像。此外，通過逐層掃描，共聚焦顯微鏡還能夠構(gòu)建樣品的三維形貌。

這種聚焦方式能夠減少背景噪音，提高圖像的清晰度和對比度。共焦顯微鏡通常使用白光或者非激光光源，不一定需要激光； 激光共聚焦顯微鏡是一種特殊類型的共焦顯微鏡，它使用激光光源，并且通常具有更高的分辨率和靈敏度。激光共聚焦顯微鏡利用激光束的聚焦和散射技術(shù)，只有聚焦點處的樣品表面才會發(fā)射回散射光，從而實現(xiàn)高分辨率的成像。

如何優(yōu)化(預(yù)設(shè)置) ? 通過雙合透鏡的優(yōu)化，使給定條件的準(zhǔn)直入射光束聚焦在透鏡后20mm處。? 應(yīng)用參數(shù)優(yōu)化文件自動執(zhí)行具有可變曲率半徑的迭代仿真，直至獲得最小的聚焦點。? 由于整體設(shè)置的第一部分不變，我們直接將計算所得的光分布放在雙合透鏡前作為起始點。? 為評價聚焦光斑，在目標(biāo)焦平面處放置光束尺寸或光束參數(shù)探測器。 2.

用消球差透鏡對各種偏振光束進行深聚焦 如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學(xué)領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。

慣性聚焦是一種有用的技術(shù)，可用于各種應(yīng)用，特別是在醫(yī)療領(lǐng)域。確保該技術(shù)的有效性，需要準(zhǔn)確描述粒子在流經(jīng)通道時的遷移情況。COMSOL Multiphysics ? 軟件中提供了一個新的基準(zhǔn)模型工具，可生成與慣性聚焦實驗數(shù)據(jù)一致的可靠結(jié)果。 慣性聚焦的力量 1960 年代，G.Segré 和 A.Silberberg 發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的效應(yīng)。

如何將光聚焦到一個越來越小的光斑上，是光學(xué)領(lǐng)域中一直存在的問題，特別是最近，已發(fā)展出各種旨在深聚焦光的方法。研究高數(shù)值孔徑條件下的光聚焦通常需要全矢量電磁仿真技術(shù)。我們使用VirtualLab Fusion軟件演示了不同偏振態(tài)(如徑向)和孔徑形狀(如環(huán)形)對聚焦區(qū)域電磁場的影響，這種分析既可以用理想透鏡，也可以用具有明確結(jié)構(gòu)和材料信息的真實透鏡進行。

作為一種先進的光學(xué)顯微鏡技術(shù)，激光共聚焦顯微鏡可以揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)和特征，推動著材料科學(xué)的發(fā)展。 首先，激光共聚焦顯微鏡相比傳統(tǒng)的顯微鏡技術(shù)具有更高的分辨率和深度探測能力，對大坡度的產(chǎn)品有更好的成像效果，在滿足精度的情況下使用場景更具有兼容性。VT6000激光共聚焦顯微鏡可以獲得高達亞納米級的空間分辨率（高度分辨率0.5nm；寬度分辨率1nm。）

研究發(fā)現(xiàn)，自聚焦效應(yīng)會導(dǎo)致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：（1）理想的高斯光束聚焦（2）經(jīng)過吸收之后的理想高斯光束聚焦（3）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的理想高斯光束聚焦（4）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的帶有像差的高斯光束聚焦 圖1.模擬示意圖 模擬結(jié)果 圖2.初始理想高斯光束光強分布圖3.理想高斯光束的成像切片

而基于激光共聚焦顯微測量技術(shù)的激光掃描共聚焦顯微鏡，配備了真彩相機并提供還原的3D真彩圖像，對細(xì)節(jié)的展現(xiàn)纖毫畢現(xiàn)，能夠提供色彩斑斕的真彩圖像便于觀察。并且可以在保證分辨率的同時滿足測量速度的需求。 VT6000激光共聚焦顯微鏡1、非接觸式掃描，操作簡便，樣品即放即掃。應(yīng)用：墊圈激光共聚焦顯微鏡非接觸式掃描測量速度比接觸式測量快數(shù)百倍。

研究發(fā)現(xiàn)，自聚焦效應(yīng)會導(dǎo)致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：（1）理想的高斯光束聚焦（2）經(jīng)過吸收之后的理想高斯光束聚焦（3）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的理想高斯光束聚焦（4）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的帶有像差的高斯光束聚焦 圖1.模擬示意圖 圖2. 初始理想高斯光束光強分布 圖3.

同為微納米級表面光學(xué)分析儀器，白光干涉儀和激光共聚焦顯微鏡都具有非接觸式、高速度測量、高穩(wěn)定性的特點，都有表征微觀形貌的輪廓尺寸測量功能，適用范圍廣，可測多種類型樣品的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。但白光干涉儀與共聚焦顯微鏡還是有著不同之處。

使用激光共聚焦顯微鏡可以用于測量事先定義的不同部位和不同生產(chǎn)工藝流程的車身表面并記錄單個波長范圍內(nèi)的幅值。通過這些數(shù)據(jù)可以評估材料和制造條件的影響。一某個區(qū)域剖面的測量結(jié)果可以與汽車模型的設(shè)定值進行比較。3、墊圈激光共聚焦顯微鏡的測量速度比接觸式測量快數(shù)百倍。此外，共聚焦顯微系統(tǒng)以更高的精度對亞微米范圍的結(jié)構(gòu)進行非接觸式測量。

研究發(fā)現(xiàn)，自聚焦效應(yīng)會導(dǎo)致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：（1）理想的高斯光束聚焦（2）經(jīng)過吸收之后的理想高斯光束聚焦（3）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的理想高斯光束聚焦（4）經(jīng)過吸收和自聚焦效應(yīng)之后的帶有像差的高斯光束聚焦 圖1.模擬示意圖 模擬結(jié)果 圖2. 初始理想高斯光束光強分布圖3.

因此，聚焦仿真中考慮光的矢量性質(zhì)至關(guān)重要。VirtualLab可以非常便捷地對此類鏡頭進行光線追跡和場追跡分析。通過場追跡，可以清楚地觀察由于矢量效應(yīng)引起的聚焦光斑失對稱現(xiàn)象。利用相機探測器和電磁場探測器能夠?qū)?em>聚焦區(qū)域進行靈活全面的研究，進而加深對矢量效應(yīng)的理解。 2. 建模任務(wù) 3.

摘要 受激發(fā)射損耗（STED）顯微鏡利用在聚焦平面上一個極小的聚焦光斑產(chǎn)生超分辨率。這需要兩個聚焦光束。一個激發(fā)光束。另一個是損耗光束，能夠抵消出射的激發(fā)光束。在[P. T?r?k和P.R.T Monro，（2004年）]中，作者研究了通過聚焦高階Gaussian-Laguerre光束產(chǎn)生環(huán)形的PSF。

在之前第15篇推送中，介紹了徑向偏振光和角向偏振光經(jīng)過透鏡聚焦后的光場，當(dāng)時是正好有文獻推導(dǎo)公式，但是倘若沒有現(xiàn)成的文獻推導(dǎo)呢？那就得自己慢慢在草稿紙上推導(dǎo)。實驗中最常用的光源是線偏振高斯光，所以后來我慢慢推導(dǎo)了線偏振高斯光經(jīng)過透鏡聚焦后的光場，并用comsol仿真出來。這個聚焦光場的仿真其實難度還挺大的，并不easy。

例如，激光二極管首先由物鏡準(zhǔn)直，然后由非球面聚焦，在VirtualLab中研究了鏡頭聚焦區(qū)域的演化。與沒有像散的情況相比，清楚地呈現(xiàn)了像散對聚焦區(qū)域的影響。