Формирование сигнала и свойства визуализации в интерференционной микроскопии

• Автор: Гребенюк, Антон Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА В МИКРОСКОПЕ
1.1 Постановка задачи
1.2 Принцип анализа сигнала интерференционного микроскопа
1.3 Преобразование поля при распространении через оптическую систему микроскопа
1.4 Аналитическое описание и численное моделирование
1.5 Обсуждение
1.6 Выводы
ГЛАВА 2. СВОЙСТВА СИГНАЛА В ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ МИКРОСКОПИИ НА ОТРАЖЕНИЕ
2.1 Постановка задачи
2.2 Функции пропускания объектного и опорного плеч
2.3 Формирование сигнала в полнопольном интерференционном микроскопе на отражение
2.4 Формирование сигнала в конфокальном интерференционном микроскопе на отражение
2.5 Принцип продольной селекции сигнала на основе эффектов когерентности
2.5.1 Объект с однородными границами раздела
2.5.2 Объект с поперечной структурой
2.6 Свойства импульсного отклика и эффект апертуры освещения
2.7 Влияние показателя преломления объекта
2.8 Выводы

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННАЯ КОРРЕКЦИЯ СИГНАЛА И СВОЙСТВА ТРЕХМЕРНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ В ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ
МИКРОСКОПИИ НА ОТРАЖЕНИЕ
ЗЛ Постановка задачи
3.2 Трехмерная визуализация на основе численной коррекции сигнала в оптической когерентной микроскопии с пространственно когерентным освещением лазерным источником со сканируемой частотой
3.3 Трехмерная визуализация на основе численной коррекции сигнала в ОКМ с пространственно частично когерентным освещением лазерным источником со сканируемой частотой: теория
3.4 Трехмерная визуализация на основе численной коррекции сигнала в ОКМ с пространственно частично когерентным освещением лазерным источником со сканируемой частотой: экспериментальное исследование
3.5 Структурированное освещение и свойства численной фокусировки
3.6 Выводы
ГЛАВА 4. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ МИКРОСКОПИЯ НА ПРОПУСКАНИЕ.
4.1 Постановка задачи
4.2 Формирование сигнала в полнопольной интерференционной микроскопии на пропускание
4.3 Метод реализации режима внеосевой голографии в цифровой голографической микроскопии с квазимонохроматическим пространственно частично когерентным освещением на пропускание
4.4 Экспериментальное исследование предложенного метода реализации режима внеосевой голографии в ЦГМ с квазимонохроматическим пространственно частично когерентным освещением на пропускание
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Работа интерференционных систем формирования изображения (интерференционных методов визуализации) основана на наложении в плоскости регистрации волнового поля, пришедшего от визуализируемого объекта (пропущенного через объект или отраженного объектом и несущего соответствующую информацию - объектного поля), с когерентным ему опорным волновым полем, основные свойства которого известны. Возникающая в плоскости регистрации картина интерференции содержит помимо распределений интенсивности объектного и опорного полей интерференционную компоненту, определяемую функцией взаимной когерентности объектного и опорного полей [1,2]. Эта интерференционная компонента содержит дополнительную информацию об объектном поле, не содержащуюся в распределении его интенсивности. Использование этой интерференционной компоненты (как правило, на основе соответствующей численной обработки исходного сигнала) лежит в основе интерференционных систем формирования изображения и предоставляет широкие возможности для создания различных методов визуализации [3-18].
Наибольшую сложность для анализа представляют интерференционные системы формирования изображения, в которых используются поля освещения с широкими угловым и временным спектрами, а также относительно большие числовые апертуры объективов, что приводит к формированию объектного и опорного полей со сложной пространственно-временной структурой. Такая ситуация может возникать в системах интерференционной микроскопии, представляющих собой сочетание принципов интерферометра и обычного оптического микроскопа. В то же время, эти системы представляют и наибольший практический интерес, поскольку позволяют сочетать измерительные возможности интерференционного сигнала с высоким поперечным пространственным разрешением оптической микроскопии для высокоточных

интерференционных систем формирования изображения. Следует отметить, что, говоря о высоких числовых апертурах, необходимо помнить об ограничениях, накладываемых скалярным приближением в описании оптического поля, использующимся в данной работе.
При переходе к анализу микрообъективов с большими числовыми апертурами, передняя главная поверхность оптической системы микрообъектива имеет сферическую, а не плоскую форму [79], в силу чего определение величин типа становится не вполне удачным (его можно скорректировать, если говорить о расстоянии до /]$• не от передней главной плоскости микрообъектива, а от плоскости, перпендикулярной оптической оси и проходящей через переднюю главную точку). Однако указанный недостаток терминологии не имеет большого значения для практического применения полученных выражений, в которых фигурируют не сами величины г5 , или г52 , а величины дефокусировки типа г8-/.
Для определенности, выражения, представленные в данном параграфе, были записаны для поля объектного плеча Однако в случае, если оптическая схема опорного плеча интерференционного микроскопа также представляет собой микроскоп, полученные формулы могут быть равным образом использованы для описания распространения оптического поля в опорном плече.
1.4 Аналитическое описание и численное моделирование
Используя выражения, описывающие распространение оптического поля в освещающей и изображающей частях оптической системы микроскопа, представленные в параграфе 1.3, и описывая распространение поля через визуализируемый объект (рассеяние, отражение от структур объекта), можно определить связь освещающего поля в выбранной исходной плоскости с полями,