Polychromatická koherentní funkce přenosu pro interferenční mikroskop s osvětlením nízké koherence a achromatickými proužky

Polychromatic coherent transfer function for a low-coherence interference microscope with achromatic fringes

conference paper

en

The system of the low-coherence interference microscope is based on the Linnik configuration. A low-frequency diffraction grating is used as a beam splitter and the object and reference image planes are gently inclined. In this optical setup the achromatic interference fringes are formed in the image plane. The phase shift of the reference wave is proportional to the spatial coordinate and is independent of the wavelength. The phase shift changes from 0 to 2pi within the transverse resolution limit of the microscope; hence the resulting interference structure is the image-plane hologram. Intensity and phase image components are reconstructed from the single hologram by the digital filtering algorithm. The image rate is not limited by the optical system. An optical sectioning effect analogous to that of the confocal microscope results from the illumination by an extended spatially incoherent source (phase correlation effect). This sectioning could be substantially increased when also temporally incoherent illumination of a broadband source is used. Moreover, speckle patterns and unintentional interferences in the image are then suppressed. The 3D polychromatic coherent transfer function of the microscope is derived as the correlation of the 3D polychromatic pupil functions of the objectives. This transfer function describes the overall imaging process including both sectioning effects. The influence of the spectral function of the source on the imaging characteristics of the microscope is studied theoretically and partially proved by the measurement.

Systém mikroskopu s osvětlením nízké koherence je založen na Linnikově uspořádání. Jako dělič svazku je použita difrakční mřížka nízké prostorové frekvence. Obrazové roviny v předmětové a referenční větvi jsou mírně skloněny. V tomto optickém uspořádání vznikají ve výstupní rovině achromatické interferenční proužky. Fázový posuv referenční vlny je úměrný prostorové souřadnici a nezávisí na vlnové délce světla. Fázový posuv se mění od 0 do 2pi na intervalu, který odpovídá rozlišovací schopnosti mikroskopu; proto je výsledná interferenční struktura obrazovým hologramem. Intenzitní a fázová složka zobrazení jsou rekonstruovány z jediného hologramu algoritmem numerické filtrace. Frekvence zobrazování není omezena optickou soustavou. Osvětlení plošným prostorově nekoherentním zdrojem vyvolává efekt optických řezů analogicky ke konfokálnímu zobrazení (efekt fázové korelace). Efekt optických řezů může být podstatně zesílen použitím časově nekoherentního spektrálně širokopásmového zdroje. V tomto případě je navíc potlačena koherenční zrnitost a nežádoucí interference v zobrazení. Ze 3D polychromatické pupilové funkce objektivů je odvozena 3D polychromatická koherentní funkce přenosu. Tato funkce přenosu popisuje výsledný zobrazovací proces včetně obou diskriminačních efektů. Vliv spektrální funkce zdroje na charakteristiky zobrazení mikroskopem je teroreticky prostudován a zčásti experimentálně ověřen.

The system of the low-coherence interference microscope is based on the Linnik configuration. A low-frequency diffraction grating is used as a beam splitter and the object and reference image planes are gently inclined. In this optical setup the achromatic interference fringes are formed in the image plane. The phase shift of the reference wave is proportional to the spatial coordinate and is independent of the wavelength. The phase shift changes from 0 to 2pi within the transverse resolution limit of the microscope; hence the resulting interference structure is the image-plane hologram. Intensity and phase image components are reconstructed from the single hologram by the digital filtering algorithm. The image rate is not limited by the optical system. An optical sectioning effect analogous to that of the confocal microscope results from the illumination by an extended spatially incoherent source (phase correlation effect). This sectioning could be substantially increased when also temporally incoherent illumination of a broadband source is used. Moreover, speckle patterns and unintentional interferences in the image are then suppressed. The 3D polychromatic coherent transfer function of the microscope is derived as the correlation of the 3D polychromatic pupil functions of the objectives. This transfer function describes the overall imaging process including both sectioning effects. The influence of the spectral function of the source on the imaging characteristics of the microscope is studied theoretically and partially proved by the measurement.

interference microscope; holographic microscope; optical sectioning; low-coherence interferometry

2005

01.03.2005

Jena, Germany

Focus on Microscopy 2005 - Jena, Germany. March 20-23, 2005. Appendix to the abstract book.

120–120

1