Prostorová modulace světla v metodách digitální optiky

Mgr. Jaromír BĚHAL

Doctoral thesis

Spatial light modulation in methods of digital optics

Abstract:

Tato disertační práce je založena na třech originálních publikacích a shrnuje hlavní výsledky dosažené v průběhu mého doktorského studia. Každý ze studovaných problémů přímo využívá principů digitální holografie ať už v kontextu designu experimentálního uspořádání, optimálního využití prezentované metody, či jako nástroje pro studium a kvantifikaci studovaných efektů. Digitální holografie je zobrazovací metoda využívající záznamu optického pole digitálním senzorem a následné numerické rekonstrukce. Takto získaný obraz nese informaci o komplexní amplitudě a typicky slouží pro mapování reliéfu povrchu nebo měření optické tloušťky. První blok práce poskytuje stručný úvod do oblasti kvantitativního fázového zobrazení s důrazem na digitální holografii. U vybraných témat je dále uveden současný stav problematiky. Druhý blok shrnuje vlastní přínos v podobě dosažených výsledků. Předložená disertační práce rozvíjí metodiku volby optimálních experimentálních parametrů pro pozorování zvětšeného obrazu vzorku v bezčočkové koherentní digitální holografické mikroskopii. Dále je v práci studována možnost vzniku otisku buněk ve fotorefraktivním materiálu s využitím fotolitografických principů. Tento přístup může být v budoucnu využitý pro diagnostické účely či provázání optických vlastností materiálových vzorků a živých buněk. Následně je v práci popsán princip korekce fázového pozadí s důrazem na využití metody dvojité expozice, která pro svou funkci nevyžaduje znalost numerického modelu. Tento přístup slouží pro svou jednoduchost a přesnost též jako referenční metoda. Kvalita dosažené fázové kompenzace je diskutována pro rozdílné experimentální podmínky.

Abstract:

The presented thesis is based on three original publications and summarizes the main results achieved during my Ph.D. studies. Each of the discussed problems exploits digital holographic principles, whether in the context of the experimental arrangement design, optimal implementation of the presented method, or as an instrument to study and quantify the investigated effects. Digital holography is an imaging technique consisting of recording the interference field by the digital sensor, followed by the subsequent numerical reconstruction process. The retrieved image provides a complex amplitude, typically exploited for three-dimensional relief mapping or optical thickness measurements. The introduction and the contemporary state of research related to the discussed problems are presented in the first part of the thesis. The primary outcomes are then summarized in the second part of the thesis. The thesis initially proposes the methodology for an optimal choice of the experimental parameters suitable for observing the enlarged image in the lensless coherent digital holographic microscopy. A further ambition aims to study the possibility of fixing parameters of cells into photorefractive material, adopting the principles of photolithography. The approach may be exploited for diagnostics or the interconnection of optical properties of materials and living cells. Moreover, the thesis presents the concept of phase-background compensation, emphasizing the double-exposure method. Such an approach is easy to implement without the need for the numerical model while providing accurate results; thus, ordinarily serves as a reference. Here, the optimal use of the method is discussed for various experimental conditions.

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 11. 8. 2020

Obhajoba závěrečné práce

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Physics / Optics and Optoelectronics