Cite this article as:

Savonin S. A., Ryabukho P. V., Lyakin D. V., Ryabukho V. P. Methods of Digital Holography in Interference Microscopy of Reflective Object in Partially Coherent Light. Izvestiya of Saratov University. New series. Series Physics, 2016, vol. 16, iss. 2, pp. 67-80. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2016-16-2-67-80


UDC: 
535.41
Language: 
Russian

Methods of Digital Holography in Interference Microscopy of Reflective Object in Partially Coherent Light

Abstract

The theoretical foundation of the possibility of using the interference microscopes with extended and frequency broadband light source for recording digital holograms of microscopic objects, reconstruction and visualization of phase images is presented. Numerical procedure for processing of spatially localized digital holograms of the focused image in a partially coherent light are considered. Results of experiments on digital holographic microscopy of biological objects in a partially coherent light with Linnik interference microscope are shown.

References

1. Schnars U., Jueptner W. Digital holographic microscopy // Digital holography : digital hologram recording, numerical reconstruction, and related techniques. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2005. P. 95‒99.

2. Rappaz B., Marquet P., Cuche E., Emery Y., Depeursinge C., Magistretti P. J. Measurement of the integral refractive index and dynamic cell morphometry of living cells with digital holographic microscopy // Opt. Express. 2005. Vol. 13, iss. 23. P. 9361‒9373. 

3. Kemper B., Langehanenberg P., von Bally G. Digital holographic microscopy // Optik & Photonik. 2007. Vol. 2, № 2. P. 41‒44.

4. Kemper B., von Bally G. Digital holographic microscopy for live cell applications and technical inspection // Appl. Opt. 2008. Vol. 47, iss. 4. P. A52‒A61.

5. Kim M. K. Digital Holographic Microscopy : Principles, Techniques, and Applications. Springer Series in Optical Sciences. Vol. 162. NewYork ; Dordrecht ; Heidelberg ; London : Springer, 2011. 236 p.

6. Pluta M. Microinterferometr // Advanced Light Microscopy : Measuring techniques. Amsterdam : Elsevier, 1993. Vol. 3. P. 317–506.

7. de Groot P. Principles of interference microscopy for the measurement of surface topography // Advances in Optics and Photonics. 2015. Vol. 7, iss. 1. P. 1‒65.

8. Abdulhalim I. Spatial and temporal coherence effects in interference microscopy and full-field optical coherence tomography // Annalen der Physik. 2012. Vol. 524, № 12. P. 787‒804.

9. Тычинский В. П. Когерентная фазовая микроскопия внутриклеточных процессов // УФН. 2001. Т. 171, № 6. С. 649‒662.

10. Вишняков Г. Н., Левин Г. Г., Минаев В. Л., Цельмина И. Ю. Интерференционная микроскопия субнанометрового разрешения по глубине. Экспериментальные исследования // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 116, № 1. С. 170‒175.

11. Резчиков А. Ф., Рябухо В. П. Высокоразрешающие интерференционные методы контроля рельефа поверхности и слоистой структуры изделий точного машиностроения и приборостроения // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2010. Вып. 1. С. 68‒79.

12. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография / пер. с англ. М. : Мир, 1973. 421 с.

13. Клименко И. С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М. : Наука, 1985. 224 с.

14. Франсон М. Оптика спеклов / пер. с англ. М. : Мир, 1980. 171 с.

15. Goodman J. W. Speckle Phenomena in Optics : Theory and Applications. Englewood : Roberts & Company Publishers, 2006. 387 p.

16. Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спеклинтерферометрия / пер. с англ. М. : Мир, 1986. 328 с.

17. Dubois F., Joannes L., Legros J.-C. Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence // Appl. Opt. 1999. Vol. 38, iss. 34. P. 7085‒7094.

18. Dubois F., Callens N., Yourassowsky C., Hoyos M., Kurowski P., Monnom O. Digital holographic microscopy with reduced spatial coherence for three-dimensional particle flow analysis // Appl. Opt. 2006. Vol. 45, iss. 5. P. 864‒871.

19. Minetti C., Callens N., Coupler G., Podgorski T., Dubois F. Fast measurements of concentration profiles inside deformable objects in microflows with reduced spatial coherence digital holography // Appl. Opt. 2008. Vol. 47, iss. 29. P. 5305‒5314.

20. Dubois F., Yourassowsky C., Callens N., Minetti C., Queeckers P. Applications of digital holographic microscopes with partially spatial coherence sources // J. Physics : Conf. Series. 2008. Vol. 139, № 1. P. 012027-1 ‒012027-6.

21. Slabý T., Kolman P., Dostál Z., Antoš M., Lošťák M., Chmelík R. Off-axis setup taking full advantage of incoherent illumination in coherence-controlled holographic microscope // Opt. Express. 2013. Vol. 21, iss. 12. P. 14747‒14762.

22. Grebenyuk A. A., Ryabukho V. P. Numerical focusing in digital holographic microscopy with partially spatially coherent illumination in transmission // Proc. SPIE 9031. 2014. P. 903119-1‒903119-2.

23. Grebenyuk A. A., Tarakanchikova Y. V., Ryabukho V. P. An off-axis digital holographic microscope with quasimonochromatic partially spatially coherent illumination in transmission // J. Optics. 2014. Vol. 16, № 10. P. 105301-1‒105301-6.

24. Каленков С. Г., Каленков Г. С., Штанько А. Е. Пространственно-спектральная цифровая голография микрообъектов в низкокогерентном свете // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58, № 12. С. 1243‒1248.

25. Kalenkov S. G., Kalenkov G. S., Shtanko A. E. Spectrallyspatial fourier-holography // Opt. Express. 2013. Vol. 21, iss. 21. P. 24985‒24990.

26. Каленков Г. С., Каленков С. Г., Штанько А. Е. Гиперспектральная голографическая фурье-микроскопия // Квантовая электроника. 2015. Т. 45, № 4. С. 333‒338.

27. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / пер. с англ. М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. 720 с.

28. Рябухо В. П., Перепелицына О. А. О локализации интерференционных полос в частично-когерентном излучении // Физ. образов. в вузах. 2001. Т. 7, вып. 2. С. 15‒27.

29. Рябухо В. П., Лякин Д. В., Лычагов В. В. Какой тип когерентности оптического поля наблюдается в интерферометре Майкельсона // Оптика и спектроскопия. 2007. Т. 102, вып. 6. С. 996‒1005.

30. Linnik V. P. Ein apparat fur mikroskopisch-interferometrische untersuchung reflektierender objekte (Mikrointerferometer) // Akad. Nauk S.S.S.R. Doklady. 1933. Vol. 21, № 1. P. 18–23.

31. Dubois A., Vabre L., Boccara A.-C., Beaurepaire E. Highresolution full-field optical coherence tomography with a Linnik microscope // Appl. Opt. 2002. Vol. 41, iss. 4. P. 805‒812.

32. Лычагов В. В., Рябухо В. П., Кальянов А. Л., Смирнов И. В. Низкокогерентная интерферометрия слоистых структур в полихроматическом свете с цифровой записью и обработкой интерферограмм // Комп. оптика. 2010. Т. 34, вып. 4. С. 23‒36.

33. Kino G. S., Chim S. S. C. Mirau correlation microscope // Appl. Opt. 1990. Vol. 29, iss. 26. P. 3775‒3783.

34. Wyant J. C., Creath K. Advances in interferometric optical profiling // Intern. J. Machine Tools and Manufacture. 1992. Vol. 32, № 1. P. 5‒10.

35. Dubois A., Selb J., Vabre L., Boccara A.- C. Phase measurements with wide-aperture interferometers // Appl. Opt. 2000. Vol. 39, iss. 14. P. 2326‒2331.

36. Захарьевский А. Н. Ширина полос и эффективная длина волны в микроинтерферометрах // Измер. техника. 1957. № 2. С. 20‒22.

37. Ingelstam E., Johansson L. P. Corrections due to aperture in transmission interference microscopes // J. Sci. Instrum. 1958. Vol. 35, № 1. P. 15‒17.

38. Gates J. W. Fringe spacing in interference microscopes // J. Sci. Instrum. 1956. Vol. 33, № 12. P. 507.

39. Bruce C. F., Thornton B. S. Obliquity effects in interference microscopes // J. Sci. Instrum. 1957. Vol. 34, № 5. P. 203‒204.

40. Sheppard C. J. R., Larkin K. G. Effect of numerical aperture on interference fringe spacing // Appl. Opt. 1995. Vol. 34, iss. 22. P. 4731‒4734.

41. Creath K. Calibration of numerical aperture effects in interferometric microscope objectives // Appl. Opt. 1989. Vol. 28, iss. 15. P. 3333‒3338.

42. Abdulhalim I. Theory for double beam interference microscopes with coherence effects and verification using the Linnik microscope // J. Modern Optics. 2001. Vol. 48, № 2. P. 279‒302.

43. Рябухо В. П., Лякин Д. В., Лычагов В. В. Длина продольной когерентности оптического поля // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107, № 2. С. 300‒305.

44. Ryabukho V. P., Lyakin D. V., Grebenyuk A. A., Klykov S. S. Wiener-Khintchin theorem for spatial coherence of optical wave field // J. Optics. 2013. Vol. 15, № 2. P. 025405-1‒025405-11.

45. Кальянов А. Л., Малинова Л. И., Боголюбова Е. В., Смирнов И. В., Лычагов В. В., Рябухо В. П. Исследование комплекса «эритроцит ‒ плазма» нативного мазка крови человека методом полнопольной микроинтеферометрии в белом свете // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2011. Т. 11, вып. 2. С. 19‒24.

46. Физиология человека / под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. М. : Медицина, 2011. 664 с.

47. Turgeon M. L. Clinical Hematology : Theory and Procedures. Philadelphia ; Baltimore ; N.Y. ; L. : Lippincott Williams & Wilkins, 2011. 588 p. 

Short text (in English): 
Full text (in Russian):