Original title: Pokročilá holografická endoskopie pro pozorování in-vivo
Translated title: Advancements of Holographic endoscopy for in-vivo observations
Authors: Michálková, Ivana ; Tyc, Tomáš (referee) ; Čižmár, Tomáš (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2023
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Počas posledných rokov bola vyvinutá a systematicky vylepšovaná nová unikátna technológia zvaná holografická endoskopia. Táto jedinečná metóda využíva jediné multimodálne optické vlákno, o hrúbke ľudského vlasu, ako minimálne invazívnu sondu pre mikroskopické zobrazovanie v hĺbke živých tkanív. Minulý rok sa dosiahlo ďalšieho pokroku, pričom sa vďaka holografickému endoskopu podarilo vytvoriť takmer perfektné difrakciou limitované body na konci multimodálneho vlákna. Tieto výsledky sú dôležité najmä z hľadiska využitia skenovacích florescenčných mikroskopických metód vrámci zobrazovania pomocou holografického endoskopu, pretože lepšia kvalita excitačného svetla umožňuje presnejšie zobrazovania s obmedzením tvorby nežiadúcich signálov. Spomenuté výsledky viedli k novej otázke: Bolo by možné vytvoriť cez multimodálne optické vlákno aj komplexnejšie svetelné polia než sú difrakciou limitované body, so zachovaním vysokej kvality? Jedným z hlavných cieľov tejto diplomovej práce bolo preskúmať túto možnosť, tvorbou Airyho zväzkov cez multimodálne vlákno s využitím holografického endoskopu. Pre generovanie Airyho zväzkov boli použité dve metódy: syntéza pomocou fázovej masky a priama syntéza. Kvalita vytvorených zväzkov bola určená ich porovnaním so simuláciou. Okrem toho bola zaznamenaná aj propagácia jednotlivých zväzkov a preskúmaný potenciál syntézy pomocou fázovej masky, pre ovplyvňovanie propagačných charakteristík Airyho zväzku. Analýza výsledkov ukázala, že s využitím holografického endoskopu je možné cez multimodálne optické vlákno vytvoriť aj komplexnejšie polia, ako napr. Airyho zväzok, a to s presnosťou zodpovedajúcou vysokokvalitným difrakciou limitovaným bodom vygenerovaným v roku 2022. Táto práca snáď poskytne ďalší míľnik vo vývoji holografickej endoskopie, konkrétne k schopnosti holografického endoskopu pracovať v mikroskopických režimoch využívajúcich zložitejšie optické polia ako je napr. SIM či STED mikroskopia. In recent years, a novel technique called holographic endoscopy has been developed and systematically improved. This unique technology utilizes a single hair-thin optical multimode fiber as a minimally invasive probe for deep tissue in vivo microscopy. A major milestone was reached last year when near-perfect focusing through a multimode fiber was achieved with the holographic endoscope. This breakthrough is significant for adapting scanning fluorescent microscopy techniques because it allows for more precise imaging with lower unwanted noise, thanks to the purity and fidelity of the focused excitation light. The achievement led to a new question: is it possible to generate more complex optical fields than diffraction-limited foci through the multimode fiber with comparable quality? This thesis aims to investigate this issue by producing Airy beams at the tip of the multimode fiber using the holographic endoscope setup. Two methods were used to produce Airy beams in this study: Fourier domain and direct field synthesis. The quality of the resulting beams was evaluated by comparing them to simulations. The propagation of the generated beams was also recorded and observed, and the potential of Fourier domain synthesis to control and modify the propagation characteristics of an Airy beam was explored. The analysis revealed that using the holographic endoscope setup, it is possible to create more complex optical fields, such as Airy beams, at the tip of a multimode fiber with an accuracy that matches the high-quality diffraction-limited foci produced in 2022. It is hoped that this work will serve as another stepping stone for the holographic endoscope's ability to work in microscopy regimes that utilize more complex light fields, such as structured illumination microscopy or stimulated emission depletion microscopy.
Keywords: Airyho zväzok; digitálna modulácia svetla; fotonika rozptyľujúcich prostredí; Gaussovský zväzok; holografická endoskopia; multimodálne optické vlákno; prenosová matica; Airy beam; complex media photonics; digital spatial light modulation; Gaussian beam; holographic endoscopy; multimode optical fibre; transformation matrix theory

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/210615

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-527712


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses