Hloubkově rozlišené kvantitativní fázové zobrazování pomocí bezobjektivové interferometrické mikroskopie

Schopnost zkoumat slabě rozptylující vzorky je klíčová například pro odvětví zabývající se studiem buněk nebo optickou analýzou povrchů. Tyto tzv. fázové objekty však neprodukují dostatečný signál na to, aby mohly být zobrazovány pomocí klasické optické mikroskopie. Řešením tohoto problému je využití interferometrie. Bezobjektivový interferometrický mikroskop (LIM) je zařízením, které využívá dvojlomných krystalů a částečně koherentních, kolimovaných zdrojů světla ke zkoumání plošného rozložení indexu lomu ve vzorcích s vysokým axiálním rozlišením. Schopnost získat informace o třírozměrném rozložení fázových objektů v objemu vzorku by umožnila využití tohoto mikroskopu v nových vědeckých i průmyslových odvětvích, například biomedicínském zobrazování, datových úložištích na bázi skla nebo monitorování defektů v optických elementech. Tato diplomová práce se zabývá rozšířením funkčnosti bezobjektivového interferometrického mikroskopu do oblasti tomografického zobrazování. Toho je dosaženo realizací hloubkového rozlišování pro fázové objekty ve zkoumaných vzorcích. Pro umožnění měření byl sestaven prototyp mikroskopu a ověřen vliv různých parametrů optického uspořádání na kvalitu pořízeného obrazu. Současně byla navržena nová metoda k získání nakloněného, kolimovaného osvětlení. Kombinací několika úhlů osvitu a následného algoritmického zpracování získaných dat byly pořízeny kvantitativní fázové snímky se zorným polem 35 mm2, plošným rozlišením 10 um a axiálním rozlišením menším než 1 nm. Následně bylo navrženo několik metod umožňujících hloubkové rozlišování zobrazovaných objektů. Tyto postupy, využívající nakloněného osvitu a numerické propagace optického pole, byly implementovány a ověřeny měřením na vícevrstvých vzorcích. Nejlepší výsledky byly získány pomocí metody backpropagated pixel-by-pixel verification (beta-PbP). Tato nově navržená metoda byla úspěšně využita pro třírozměrnou rekonstrukci rozložení fázových objektů ve vzorcích objemu V = 0.5 cm3 s axiální přesností menší než 1 mm. Společně s ostatními navrženými metodami se jedná o první demonstraci využití LIM jako tomografické zobrazovací techniky.