|
|
Holography in the short-wave infrared range
Schlor, Michal ; Baránek, Michal (referee) ; Bouchal, Petr (advisor)
This master's thesis focuses on digital holography in the near-infrared region. Digital holography is a method that allows for the reconstruction of phase changes and is therefore suitable for studying optical metasurfaces and their properties beyond the capabilities of traditional intensity measurements. The initial research part of the thesis discusses the theory of optical metasurfaces and the principles of digital holography. The acquired knowledge is utilized in the subsequent section of the thesis, which deals with the design of a holographic module that, when connected to a suitable imaging system, enables the implementation of digital holographic microscopy methods. The holographic module is based on a geometric-phase metasurface made of silicon, which allows for operation at a central wavelength of 1550\,nm. The thesis provides a theoretical design of the metasurface and the entire holographic module. The obtained parameters are verified through numerical simulations of holographic imaging. The practical part describes the experimental procedure for testing samples of the geometric-phase metasurface and demonstrates its integration into the assembled holographic module. In the conclusion of the thesis, the holographic module is connected to a microscope and tested under holographic microscopy conditions. The results of the master's thesis can be applicable for investigating phase changes induced by tunable metasurfaces made of vanadium oxide.
|
|
|
Fraunhofer diffraction by identical objects of the same orientation
Prokop, David ; Bouchal, Petr (referee) ; Komrska, Jiří (advisor)
The bachelor's thesis deals with Fraunhofer diffraction by identical objects of the same orientation. Main objective of my thesis is description of Fraunhofer diffraction for three different arrangements of holes along a straight line. In next part, the problem of random distribution of holes along straight line is set into plane. The outcome of my thesis is determination of deviations from regular array of holes. Next part of my thesis includes a description of Fraunhofer diffraction experiment. In final part of my thesis are pictures of diffraction phenomena, to illustrate results obtained from model of random distribution of holes.
|
|
| |
|
|
Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH)
Bouchal, Petr ; Zemánek, Pavel (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
This master’s thesis develops a novel method of digital holography, from recent studies known as Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH). The method enables the reconstruction of the correlation records of three-dimensional objects, captured under quasi-monochromatic, incoherent illumination. The experimental system is based on an action of a Spatial Light Modulator, driven by computer generated holograms to create mutually correlated beams. Both optical and digital parts of the experiment can be carried out using procedures of classical holography, diffractive optics and digital holography. As an important theoretical result of the master’s thesis, a new computational model was proposed, which allows to describe the experiment completely with respect to its two basic phases. The proposed model allows to understood the method intuitively and can be used additionally for analysis and interpretation of the imaging parameters and the system optimalization. The theoretical part of the master’s thesis also presents a detailed description of the correlation imaging based on an appropriate reconstruction process. Computational models were developed for both monochromatic and quasi-monochromatic illumination. In experimental part, all theoretical results were verified. The imaging parameters were examined using standard resolution target tests and appropriate biological samples. As an original experimental result, spiral modification of the system resulting in a vortex imaging was proposed and realized. Here, a selective edge enhancement of three-dimensional objects is possible, resulting in a significant extension of possible applications of the method.
|
|
| |
|
|
Measurement of diffusely reflecting surfaces using vortex topographic microscopy
Pola, Tomáš ; Baránek,, Michal (referee) ; Bouchal, Petr (advisor)
This thesis describes an innovative method for topographic measurement of diffuse surfaces. Tested surface is measured indirectly using nanoparticles distributed across the studied area. An image of every particle is captured by CCD camera as a double helix point spread function whose angular rotation corresponds to local surface height. Used point spread function is the result of an interference of non-diffracting vortex beams that are formed by a spiral phase mask from light originating from a nanoparticle. Diploma thesis presents an overview of current techniques for surface topography measurement. Next, working principle of proposed method is described and its experimental application is discussed. An influence of signal-to-noise ratio and image sampling on reconstruction precision is studied using numerical simulations and, as a result, optimal experimental parameters are proposed. Practical potential of the method is demonstrated by 3D reconstruction of planar and spherical surfaces in the depth range of up to 9 times the depth of focus of used microscope objective.
|
|
|
Measurement of the local phase of metasurfaces using digital holographic microscopy
Weiss, Vlastimil ; Bouchal, Petr (referee) ; Dvořák, Petr (advisor)
This bachelor's thesis consists of research studies of optical metasurfaces that are capable of modifying and governing incident radiation via the shift of a local phase. It also discusses experimental microscopic techniques with the ability to measure the distribution of the said phase. Experimental results of the phase distribution of the electromagnetic wave impinging on metal metasurface presented in this thesis are captured through quantitative in-line and off-axis digital holographic microscopy. These metasurfaces utilize both geometrical phase and localised surface plasmon resonance (LSPR). Measured results are in accordance with previous scientific studies. Finally, the successful outcome in the form of measurement of the geometrical phase introduced by the single building block is presented as well as the application of an analytical model for characterization of phase response generated by interaction with optical metasurfaces.
|
|
|
Correlation and Spiral Microscopy using a Spatial Light Modulation
Bouchal, Petr ; Čižmár,, Tomáš (referee) ; Jákl, Petr (referee) ; Petráček, Jiří (advisor)
Dizertační práce je uceleným shrnutím výsledků dosažených v průběhu doktorského studia. V úvodní části práce je představena motivace, odborné a technické zázemí a grantová podpora realizovaného výzkumu. Popsány jsou také dosažené výsledky a jejich význam pro skupinu Experimentální biofotoniky, Ústavu fyzikálního inženýrství, Vysokého učení technického v Brně. Vědecká část práce je rozdělena do dvou hlavních bloků, které se postupně zabývají návrhem nových zobrazovacích koncepcí a technickou modifikací stávajících zobrazovacích systému v praktických aplikacích. Dosažené vědecké výsledky podporují vývoj v oblastech korelační a spirální mikroskopie s prostorovou modulací světla. V části zabývající se návrhem nových zobrazovacích koncepcí je provedena studie korelačního zobrazení v podmínkách proměnné časové a prostorové koherence. Následně jsou zkoumány možnosti praktického využití vírových a nedifrakčních svazků v oblastech korelační, holografické a optické mikroskopie. Interference vírových svazků a samozobrazení nedifrakčních svazků je postupně využito k dosažení 3D zobrazení s hranovým kontrastem a rotující bodovou rozptylovou funkcí. Pokročilé zobrazovací metody jsou úspěšně zavedeny optickou cestou ale i digitální modifikací holografických záznamů. Výsledky teoretických modelů a numerických simulací jsou doprovázeny praktickým vyhodnocením navržených zobrazovacích principů. V technicky zaměřené části jsou navrženy nové způsoby zavedení prostorové modulace světla, které umožňují rozšíření zorného pole v experimentech korelačního zobrazení a dosažení achromatizace při zobrazení pomocí programovatelných difraktivních prvků. Rozšíření zorného pole v korelačních experimentech umožňuje přizpůsobovací optický systém vložený do standardní zobrazovací sestavy. Achromatizace difraktivního zobrazení je zajištěna použitím speciálně navrženého refraktivního korektoru. V navazující části je navržena nová metoda krokování fáze, která pracuje s dvojlomností kapalných krystalů využívaných v systémech pro prostorovou modulaci světla. Použití metody je experimentálně demonstrováno v polarizačně modifikovaném Mirau interferometru. Získané technické zkušenosti jsou využity v praktickém návrhu a realizaci multimodálního zobrazovacího systému s prostorovou modulací světla.
|
|
|
Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH)
Bouchal, Petr ; Slabý, Tomáš (referee) ; Chmelík, Radim (advisor)
In the Bachelor's thesis, the recently proposed method known as Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH) is examined both theoretically and experimentally. Its main advantage consists in a possibility to realize holographic reconstruction of 3D objects illuminated by incoherent light. In FINCH, the object recording is performed applying methods of optical holography and digital diffractive optics. The object reconstruction is realized numerically and utilizes principles of digital holography. In experiments, the modern optoelectronic devices known as Spatial Light Modulators are effectively used. The Bachelor's thesis includes a short review including description of the basic principles of FINCH but its own contribution consists in the mathematical description of the method and creation of the numerical simulation model in Matlab. The main result of the thesis is design and realization of experiments enabling verification of the method. In the Bachelor's thesis, results of two independent experiments realized with different types of Spatial Light Modulators HOLOEYE and HAMAMATSU are presented. An agreement of experimental results with theoretical predictions is very good. A short discussion of the obtained results, further research topics and FINCH applications is also included in the Bachelors's Thesis.
|
|
|
System for maintaining the sharpness of the image for the light microscope
Dokulil, Jakub ; Bouchal, Petr (referee) ; Dostál, Zbyněk (advisor)
Live imaging je klíčovým nástrojem pro moderní biologické objevy. Bez techniky pro udržení ostrosti obrazu je však stěží proveditelný. V této práci předkládám aplikaci optických vírů pro axiální lokalizaci vzorku tak, aby se obraz mikroskopu udržoval zaostřený. Experimentalní sestava pro axiální lokalizaci z předchozích experimentů byla přepracována, aby se rapidně zmenšily její zástavbové rozměry, tak, aby jí bylo možné integrovat jako modul do mikroskopu. Sestava byla následně realizována a byla úspěšně experimentálně otestována. K tomu bylo třeba také navrhnout řídící software. A připravit skript se zpětnou vazbou pro budoucí integraci do mikroskopu.
|
guest ::
