Пространственный спектр сигнала когерентности при дефокусировке изображения объекта в цифровой голографической микроскопии с частично пространственно когерентным освещением
Клычкова Д.М., Рябухо В.П.

Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов, Россия,
Саратовский государственный университет, Саратов, Россия

Аннотация:
Рассматривается эффект уменьшения модуля пространственного спектра сигнала когерентности на высоких пространственных частотах при оптической дефокусировке изображения объекта в цифровой голографической микроскопии на пропускание с квазимонохроматическим частично пространственно когерентным освещением. Представлено теоретическое описание эффекта и результаты численного моделирования его проявления для точечного рассеивающего объекта. Проведено экспериментальное исследование эффекта в лазерном частично пространственно когерентном излучении, формируемом с использованием движущегося рассеивателя, для объекта в виде слоя квазиточечных рассеивателей. Представлено сравнение результатов эксперимента с результатами численного моделирования, выполненного на основании теории, и показана высокая степень сходства экспериментальных результатов с теоретическими.

Ключевые слова:
интерференционная микроскопия, цифровая голографическая микроскопия, визуализация, численная фокусировка, пространственный спектр голограммы, частичная когерентность, частично пространственно когерентное освещение.

Цитирование:
Клычкова, Д.М. Пространственный спектр сигнала когерентности при дефокусировке изображения объекта в цифровой голографической микроскопии с частично пространственно когерентным освещением / Д.М. Клычкова, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 3. – С. 414-423. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-3-414-423.

Литература:

  1. Holography: Research and technologies / ed. by J. Rosen. –Rijeka: InTech, 2011. – 466 p. – ISBN: 978-953-307-227-2.
  2. Lee, K.R. Quantitative phase imaging techniques for the study of cell pathophysiology: From principles to applications / K.R. Lee, K. Kim, J. Jung, J.H. Heo, S. Cho, S. Lee, G. Chang, Y.Ju. Jo, H. Park, Y.K. Park // Sensors. – 2013. – Vol. 13, Issue 4. – P. 4170-4191. – DOI: 10.3390/s130404170.
  3. Schnars, U. Digital holography and wavefront sensing / U. Schnars, C. Falldorf, J. Watson, W. Jueptner. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2015. – 225 p. – ISBN: 978-3-662-44692-8.
  4. Dohet-Eraly, J. Quantitative assessment of noise reduction with partial spatial coherence illumination in digital holographic microscopy / J. Dohet-Eraly, C. Yourassowsky, A. El Mallahi, F. Dubois // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 1. – P. 111-114. – DOI: 10.1364/OL.41.000111.
  5. Claus, D. Accuracy enhanced and synthetic wavelength adjustable optical metrology via spectrally resolved digital holography / D. Claus, G. Pedrini, D. Buchta, W. Osten / Journal of the Optical Society of America A. – 2018. – Vol. 35, Issue 4. – P. 546-552. – DOI: 10.1364/JOSAA.35.000546.
  6. Mann, Ch.J. High-resolution quantitative phase-contrast microscopy by digital holography / Ch.J. Mann, L. Yu, Ch.-M. Lo, M.K. Kim // Optics Express. – 2005. – Vol. 13, Issue 22. – P. 8693-8698. – DOI: 10.1364/OPEX.13.008693.
  7. Minetti, Ch. Digital holographic microscopy as a tool to study the thermal shape fluctuations of lipid vesicles / Ch. Minetti, V. Vitkova, F. Dubois, I. Bivas // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 8. – P. 1833-1836. – DOI: 10.1364/OL.41.001833.
  8. Kalenkov, G.S.Hyperspectral holography: an alternative application of the Fourier transform spectrometer / S.G. Kalenkov, G.S. Kalenkov, A.E. Shtanko // Journal of the Optical Society of America B. – 2017. – Vol. 34, Issue 5. – P. B49-B55. – DOI: 10.1364/JOSAB.34.000B49.
  9. Каленков, С.Г. Пространственно-спектральная цифровая голография микрообъектов в низкокогерентном свете / С.Г. Каленков, Г.С. Каленков, А.Е. Штанько // Радиотехника и электроника. – 2013. – Т. 58, № 12. – С. 1243-1248. – DOI: 10.7868/S0033849413120097.
  10. Kim, M.K. Principles and techniques of digital holographic microscopy / M.K. Kim // SPIE Reviews. – 2010. – Vol. 1. – 018005. – DOI: 10.1117/6.0000006.
  11. Гребенюк, А.А. Дефокусировка и численная фокусировка в интерференционной микроскопии с широким временным спектром поля освещения / А.А. Гребенюк, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 6. – С. 772-780. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-772-780.
  12. Dubois, F. Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence / F. Dubois, L. Joannes, J.-C. Legros // Applied Optics. – 1999. – Vol. 38, Issue 34. – P. 7085-7094. – DOI: 10.1364/AO.38.007085.
  13. Dubois, F. Partial spatial coherence effects in digital holographic microscopy with a laser source / F. Dubois, M.-L.N. Requena, C. Minetti, O. Monnom, E. Istasse // Applied Optics. – 2004. – Vol. 43, Issue 5. – P. 1131-1139. – DOI: 10.1364/AO.43.001131.
  14. Slabý, T. Off-axis setup taking full advantage of incoherent illumination in coherence-controlled holographic microscope / T. Slabý, P. Kolman, Z. Dostál, M. Antoš, M. Lošták, R. Chmelík // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, Issue 12. – P. 14747-14762. – DOI: 10.1364/OE.21.014747.
  15. Grebenyuk, A.A. Numerical focusing in digital holographic microscopy with partially spatially coherent illumination in transmission / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho // Proceedings of SPIE. – 2014. – Vol. 9031. – 903119. – DOI: 10.1117/12.2052837.
  16. Гребенюк, А.А. Формирование сигнала и свойства визуализации в интерференционной микроскопии : дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.21 / Гребенюк Антон Александрович. – Саратов, 2014. – 165 с.
  17. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф; пер. с англ. – М.: Наука, 1973. – 2-е изд. – 720 с.
  18. Мандель, Л. Оптическая когерентность и квантовая оптика / Л. Мандель, Э. Вольф; пер. с англ. – М.: Физматлит, 2000. – 896 с. – ISBN: 5-9221-0073-4.
  19. Grebenyuk, A.A. Theory of imaging and coherence effects in full-field optical coherence microscopy / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho. – In: Handbook of full-field optical coherence microscopy. Technology and applications / ed. by A. Dubois. – Singapore: Pan Stanford Publishing, 2016. – Chapter 2. – P. 53-89. – ISBN: 978-981-4669-16-0.
  20. Grebenyuk, A.A. An off-axis digital holographic microscope with quasimonochromatic partially spatially coherent illumination in transmission / A.A. Grebenyuk, Y.V. Tarakanchikova, V.P. Ryabukho // Journal of Optics. – 2014. – Vol. 16, Issue 10. – 105301. – DOI: 10.1088/2040-8978/16/10/105301.
  21. Гребенюк, А.А. Численная фокусировка и поле зрения в интерференционной микроскопии / А.А. Гребенюк, Д.М. Клычкова, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 1. – С. 28-37. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-1-28-37.
  22. Ryabukho, V.P. Wiener-Khintchin theorem for spatial coherence of optical wave field / V.P. Ryabukho, D.V. Lyakin, A.A. Grebenyuk, S.S. Klykov // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15, Issue 5. – 025405. – DOI: 10.1088/2040-8978/15/2/025405.
  23. Гонсалес, Р.С. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р.Е. Вудс; пер. с англ. – М.: Техносфера, 2005. – 1072 с. – ISBN: 978-5-94836-331-8.
  24. Гудмен, Дж. Введение в фурье-оптику / Дж. Гудмен; пер. с англ. – М.: Мир, 1970. – 364 с.
  25. Марешаль, А. Структура оптического изображения. Дифракционная теория и влияние когерентности света / А. Марешаль, М. Франсон; пер. с франц. – М.: Мир, 1964. – 295 с.

  26. © 2009, IPSI RAS
    Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20