Principy a experimentální metody kvantitativního fázového zobrazení

Mgr. Tomáš FORDEY

Disertační práce

Principles and experimental methods of quantitative phase imaging

Anotace:

Kvantitativní fázové zobrazování (KFZ) je moderní přístup zobrazení fáze světla ve světelné mikroskopii. Z konstrukčních důvodů je zde obtížné realizovat zobrazení fáze tradičním způsobem interferencí s referenční vlnou, proto jsou obvykle v KFZ využívány samoreferenční metody, vztahující fázi měřenou v bodě předmětu k fázi v jiném bodě předmětu, k fázi přenášené v ortogonální polarizační větvi atd. Rekonstrukce fáze předmětu z takového signálu pak vyžaduje komplikovanější algoritmy než v případě nezávislé referenční vlny a informace v obraze je v závislosti na konkrétní samoreferenční metodě vždy určitým způsobem omezena. Dalším specifikem KFZ oproti tradiční interferometrii je použití osvětlovacího zdroje s částečnou koherencí, poskytujícím v obraze mikroskopických vzorků větší množství informace o pozorovaném předmětu. Disertační práce poskytuje matematický aparát k popisu optického zobrazení v částečně koherentním světle, nezbytný k pochopení vlivu nastavení kondenzoru na obraz v mikroskopu. Dále je v práci pojednáno o principu a podstatě samoreferenčních metod KFZ, je poskytnut jejich přehled a jsou popsány jejich odlišnosti od zobrazení fáze interferencí s nezávislou referenční vlnou. Dvě z těchto metod, Quadriwave lateral shearing interferometry a měření fázové retardace anizotropních vzorků jsou v práci teoreticky analyzovány a je popsána jejich vlastní experimentální realizace.

Abstract:

Quantitative phase imaging (QPI) is a modern approach to phase imaging in light microscopy. Due to construction constraints in microscopy, traditional phase imaging methods using interference with a reference wave pose difficulties. Therefore, self-referenced methods are typically employed in QPI, either by relating the phase measured at one point of an object to another point of the same object or by comparing the phase in one polarization channel to that in the orthogonal polarization channel, among other techniques. Phase reconstruction in such cases requires more complex algorithms compared to methods using an independent reference wave, and the information obtained from the image is always limited depending on the method used. Another feature unique to QPI, compared to classical interferometry, is the use of a partially coherent illumination source, which provides the microscopic image with broader information about the object being observed. This thesis describes the mathematical tools used to model optical imaging with partially coherent light, which are indispensable for understanding the influence of condenser settings on the microscopic image. Moreover, the thesis explains the principles and nature of self-referenced QPI methods, offering an overview of these methods and outlining the differences between them and the classical independent reference wave approach. Two of these methods - Quadriwave lateral shearing interferometry and the measurement of phase retardation in anisotropic samples - are theoretically analyzed and experimentally realized in this work.

Klíčová slova

Kvantitativní fázové zobrazování, Fáze světla, Samoreferenční metody, Čtyřvlnová příčně střihová interferometrie, Měření fázové retardace, Částečná koherence

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 8. 10. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. RNDr. Zdeněk Bouchal, Dr., prof. RNDr. Zdeněk Bouchal, Dr.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Optika a optoelektronika