Программа конференции HOLOEXPO 2022

Программа конференции HOLOEXPO 2022
Секция 13 «Фазовая визуализация и цифровая микроскопия»


Фазовая визуализация на основе уравнения переноса интенсивности

Михаил Сергеевич Ковалев, И. В. Гриценко, Н. Г. Сцепуро

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН, Москва, Россия

Уравнение переноса интенсивности (УПИ) как метод фазовой визуализации оказался эффективным методом микроскопии, не требующим использования оптических систем высокого разрешения и априорной информации об объекте. На практике для визуализации слабо поглощающих образцов используются методы фазово-контрастной и дифференциальной интерференционно-контрастной микроскопии. Однако эти методы имеют один существенный недостаток, который заключается в том, что измеряемая интенсивность имеет нелинейную и, следовательно, неконвертируемую зависимость от фазы образца. А без информации о фазе невозможно определить морфологию исследуемых образцов, например, размер, оптическую толщину, нити и т.д. Эти ограничения в сочетании с появлением цифровых датчиков изображения и достижениями в информационной оптике привели к возникновению и расширению области фазовых измерений и количественных методов визуализации фазы, которая объединяет инновации в оптике, теории визуализации и вычислительных методах для количественного отображения информации о фазе различных образцов. Несмотря на достижения в оптической интерферометрии, за десятилетия развились и другие методы получения фазовых изображений, например, интерферометрическая микроскопия и цифровая голография, низкокогерентные голографические методы или интерферометрическая микроскопия белого света. В отличие от вышеперечисленных методов, существует категория методов извлечения фазы из измерений интенсивности неитерационным способом. По сравнению с традиционными интерферометрическими методами, УПИ имеет много преимуществ: отсутствие опорного пучка, простота расчета, возможность работы с временными/частичными когерентными пучками, отсутствие необходимости в фазовой развертке и сложных оптических установках, а также стабильная среда измерения. Проведена апробация метода с целью восстановления пространственных параметров лазерного пучка. Регистрация поперечных распределений интенсивности поля в нескольких сечениях осуществляется с помощью одной КМОП-камеры. Обработка экспериментальных измерений с помощью специализированного программного обеспечения на языке Python позволяет восстановить все его пространственные параметры, а именно радиус и положение перетяжки, длина Рэлея, угловая расходимость, параметр качества. Кроме того, предложено развитие метода измерения показателя преломления оптических сред на основе уравнения переноса интенсивности.

Ключевые слова: компьютерная оптика, фазовая проблема оптики, уравнение переноса интенсивности.