Низкокогерентная интерференционная микроскопия и...
description
Transcript of Низкокогерентная интерференционная микроскопия и...
![Page 1: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/1.jpg)
Низкокогерентная интерференционная
микроскопия и томография
Учебное пособие(краткий курс лекций)
Лычагов В.В., Рябухо В.П.
ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
Кафедра оптики и биофотоникиСаратов, 2010
![Page 2: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/2.jpg)
Оптическая когерентная томография
ОКТ-изображение двумерного сечения внутренней оптической структуры слоистого объекта. В таком представлении цветом или уровнем серого кодируется информация об амплитуде ОКТ-сигнала.
![Page 3: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/3.jpg)
Функция корреляции двух числовых рядов
Функция взаимной корреляции:
Для сигналов, содержащих мощную постоянную составляющую:
1
02112
1 N
n
nxnxN
r
1
02112
1 N
n
jnxnxN
jr
22
1
01112
1xjnxxnx
Njr
N
n
![Page 4: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/4.jpg)
Нормированная функция корреляцииКоэффициенты корреляции
коэффициент взаимной корреляции
функция автокорреляции
коэффициент автокорреляции
1,00
12
1111
12
1
0
22
1
0
21
1
021
1221
xxN
n
N
n
N
n
rr
jr
nxnx
jnxnxj
1
01111
1 N
n
jnxnxN
jr
1,0 11
11
1111
r
jrj
![Page 5: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/5.jpg)
Кольцевые интерференционные полосы в интерферометре со статическими зеркалами и
лазерным источником
![Page 6: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/6.jpg)
номер отсчета
инт
енс
ивно
сть
в вы
де
лен
ной
об
ла
сти
Кольцевые интерференционные полосы в интерферометре с движущимся зеркалом и
лазерным источником
![Page 7: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/7.jpg)
Кольцевые интерференционные полосы в интерферометре со статическими зеркалами и
низкокогерентным источником
![Page 8: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/8.jpg)
номер отсчета
инт
енс
ивно
сть
в вы
де
лен
ной
об
ла
сти
Кольцевые интерференционные полосы в интерферометре с движущимся зеркалом и
низкокогерентным источником
![Page 9: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/9.jpg)
Схема сканирующего интерферометра Майкельсона: SLD – источник света - суперлюминесцентный диод, L1, L2 – линзы, MO – два идентичных микрообъектива, M1, M2 – зеркала, - смещение зеркала M2, BS – светоделитель, PD – фотоприемник, PA – усилитель, ADC – аналого-цифровой преобразователь, PC – компьютер.
Низкокогерентная интерферометрия
![Page 10: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/10.jpg)
MMSRSRMPD zzEEEEzI 2
2cos22
0
22
Интерференционный импульс временной когерентности, наблюдаемый на выходе интерферометра Майкельсона при смещении зеркала M2 вместе с микрообъективом МО
Формирование сигнала в интерферометре с низкокогерентным источником света
![Page 11: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/11.jpg)
N
ibMbMbR
N
ibRMPD iiii
zzzzEEEEzI1 01
22 222
cos222
Выражение для интерференционного сигнала от слоистого объекта:
Интерференционный сигнал для случая трех слоев и четырех отражающих границ.
bib EREi
1
1
21i
kkiiR
– амплитуда поля, отраженного i-ой границей внутри объекта
– коэффициент, учитывающий отражение i-ой границы и пропускание предыдущих i-1 границ
Поместим слоистый объект вместо зеркала М1
![Page 12: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/12.jpg)
Параметры перетяжки зондирующего пучка, определяющие пространственное разрешение ОКТ
Пространственное разрешение ОКТ
Поперечное разрешение
NAx 061.0
Продольное разрешение
20
cl
Протяженность перетяжки в продольном направлении
202
NAz
8500
50
1.0NA
5.8x
170z
14cl
нм
нм мкм
мкм
мкм
![Page 13: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/13.jpg)
Спектральная оптическая когерентная томография
deS
deS
i
i
,
Теорема Винера-Хинчина
1
1 1
1
1
22
22cos
22cos
)(
N
i
N
ijbbji
N
ibMiR
N
iiR
SPD
ji
i
zzkRRkS
zzkRRkS
RRkSkI
Интерференционный сигнал в спектральной области
![Page 14: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/14.jpg)
Результат Фурье-преобразования спектрального
сигнала оптического когерентного
томографа
1
1 1 0
1 0
01
22
222
cos22
222
cos22
2cos
N
i
N
ijbbbbji
N
ibMbMiR
N
iiR
jiji
ii
zzzzRR
zzzzRR
RRI
Фурье-преобразование спектрального сигнала
![Page 15: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/15.jpg)
Эффекты дискретизации в спектральной ОКТ
k41
2max
– Максимальная визуализируемая глубина объекта
Kik i 2,1, ii kkk 1kK
1
361max 4.1
512KРазрешение спектрографа – 1 нм
мкм мкм
![Page 16: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/16.jpg)
Интерференционная микроскопияоснова: микроскоп…
Оптическая схема микроскопа:S – источник света, L1, L2 – линзы, BS – делительная пластина, MO – микрообъектив, Obj – объект, O – окуляр, E – глаз наблюдателя.
![Page 17: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/17.jpg)
… и интерферометр
Оптическая схема интерференционного микроскопа: S – протяженный источник света, L1, L2, L3 – линзы, A, F – диафрагмы, MO1, MO2 – микрообъективы, BS – светоделитель, Obj – объект, M – зеркало, O – окуляр, E - глаз наблюдателя.
![Page 18: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/18.jpg)
Формирование интерференционных полос в интерференционном микроскопе
S' и S'' – вторичные источники, смещенные друг относительно друга, dS' и dS'' – соответственные элементарные точечные источники на поверхности вторичных источников S' и S'', r – расстояние, на которое один источник смещен относительно другого, L3 – тубусная линза, FP – фокальная плоскость тубусной линзы L3, совмещенная с фокальной плоскостью окуляра.
Вид интерференционной картины:…
…в монохроматическом излучении,…
…в белом свете
![Page 19: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/19.jpg)
Микроскопическое изображение микрорельефа
Изображение той же поверхности в
интерференционном микроскопе
Что видно в интерференционный микроскоп
![Page 20: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/20.jpg)
Интерференционная микроскопия сложных слоистых сред
![Page 21: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/21.jpg)
Типы интерференционных микроскопов
Мюро Майкельсона Линника
![Page 22: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/22.jpg)
Сканирующая интерференционная микроскопия
![Page 23: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/23.jpg)
Метод Гильбертовской фазовой микроскопии
MMSRMPD zzEEzI 22
cos22~
0
Аналитический сигнал:
MM
MM
MPDMPDM
zVz
zVz
zIiHzIzV
Re22
cos
2
~~
0
![Page 24: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/24.jpg)
Пример применения:
Интерферограммаповерхности
Восстановленный профиль поверхности вдоль
одной линии
Фазовый профиль поверхности без развертки фазы
Фазовый профиль поверхности вдоль
одной линии без развертки фазы
![Page 25: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/25.jpg)
Метод фазовых шагов
yxIyxIIyxIyxIyxI stepRcohRincohcoh ,cos,2,,,
yxIyxIIyxIyxIyxI
yxIyxIIyxIyxIyxI
yxIyxIIyxIyxIyxI
yxIyxIIyxIyxIyxI
RcohRincohcoh
RcohRincohcoh
RcohRincohcoh
RcohRincohcoh
,sin,2,,,
,cos,2,,,
,sin,2,,,
,cos,2,,,
23
2
0
R
coh I
yxIyxIyxIyxIyxI
16
,,,,,
2232
20
yxIyxI
yxIyxIyx
,,
,,tan,
0
2231
![Page 26: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/26.jpg)
Как это работает на примере одномерного сигнала…
Два смещенных на π/2 сигнала
Огибающая импульса
Фаза периодического сигнала
Развернутая фаза сигнала
![Page 27: Низкокогерентная интерференционная микроскопия и томография](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062321/56814240550346895dae6316/html5/thumbnails/27.jpg)
Литература
Борн М., Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ. М.: Наука, 1973. 720 с.
Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика: Пер. с англ. М.: Наука. Физматлит, 2000. 896 с.
Гудмен Дж. Статистическая оптика: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 528 с.
Гудмен Дж. Введение в фурье-оптику: Пер. с англ. М.: Мир, 1970. 364 с.
Optical coherence tomography: technology and applications, W. Drexler, J.G. Fujimoto Eds., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2008. pp. 1330.
Techniques and Advanced Systems. Optical Imaging and Microscopy, P. Torok, F.-J. Kao Eds., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2007. pp. 499.