Měření difuzně odrazných povrchů pomocí vírové topografické mikroskopie

Abstract

Diplomová práce popisuje novou metodu měření topografie difúzně odrazných povrchů. Zkoumaný povrch je měřen nepřímo pomocí lokalizace nanočástic na něm nanesených. Obraz každé z částic je na kameře zachycen v podobě dvoulalokové bodové rozptylové funkce, jejíž úhlové natočení odpovídá lokální výšce měřeného povrchu. Využívaná bodová rozptylová funkce vzniká interferencí nedifrakčních vírových svazků, které jsou vytvářeny při průchodu světla spirální fázovou maskou. Práce nejprve představuje rešerši současných technik pro měření topografie povrchu. Poté je princip navrhovaného topografického měření popsán teoreticky a jeho praktické použití je testováno v experimentálních podmínkách. Pomocí numerických simulací je studován vliv poměru signálu k šumu a vzorkování obrazu na přesnost rekonstrukce topografie povrchu. Na tomto základě jsou pak navrženy optimální parametry experimentální sestavy. Praktický potenciál metody je demonstrován měřením topografie rovinných a kulových difuzních povrchů v rozsahu hloubek až 9krát přesahujícím hloubku ostrosti měřícího objektivu.This thesis describes an innovative method for topographic measurement of diffuse surfaces. Tested surface is measured indirectly using nanoparticles distributed across the studied area. An image of every particle is captured by CCD camera as a double helix point spread function whose angular rotation corresponds to local surface height. Used point spread function is the result of an interference of non-diffracting vortex beams that are formed by a spiral phase mask from light originating from a nanoparticle. Diploma thesis presents an overview of current techniques for surface topography measurement. Next, working principle of proposed method is described and its experimental application is discussed. An influence of signal-to-noise ratio and image sampling on reconstruction precision is studied using numerical simulations and, as a result, optimal experimental parameters are proposed. Practical potential of the method is demonstrated by 3D reconstruction of planar and spherical surfaces in the depth range of up to 9 times the depth of focus of used microscope objective.