|
|
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 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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Large displacement and deformation measurement by frequency sweeping digital holography
Psota, P. ; Lédl, Vít ; Kaván, František ; Matoušek, O. ; Doleček, R.
Recently, a digital holographic method called Frequency Sweeping Digital Holography (FSDH) for high precision measurements of surface topography of mechanical parts has been introduced. The greatest advantage of the presented FSDH is the fact that the measurement is absolute. i.e. optical path difference is independently retrieved in every single pixel. This approach can therefore be used also for measurement of large displacements and deformation. FSDH is particularly suitable in cases where the common digital holographic methods fail due to e.g. 2π unambiguity problem or speckle decorrelation. Measurement method principles, setup details, an some features of the method are discussed.\n
|
|
|
Surface profilometry by digital holography
Psota, Pavel ; Lédl, Vít ; Kaván, František ; Matoušek, O. ; Mokrý, P.
This paper presents newly developed method for measurement of surface topography based on frequency scanning digital holography. Digital holography allows for direct computation of the phase field of the wavefront scattered by an object. A tuning of the light source optical frequency results in linear phase variation with respect to the optical frequency. Slope of the linear function in every single pixel corresponds to absolute measurement of optical path difference and thus topography map of the surface can be retrieved. Principle of this contactless method is introduced and experimentally verified. The method can be used for measurement of complex geometries of common manufacturing parts as well as for topography measurement of complex composite structures, and active acoustic 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 ; 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.
|
|
| |
guest ::
