Geometricko-fázová holografie s interferenčním mikroskopem Jamin-Lebedeff

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá návrhem a realizací mikroskopového systému pracujícího ve viditelné oblasti spektra, který kombinuje výhody osové a mimoosové holografické mikroskopie a umožňuje jednosnímkové kvantitativní fázové zobrazení v opticky robustním uspořádání. Kombinace výhod je dosažena novým využitím principu geometricko-fázové holografické mikroskopie, která byla v minulosti úspěšně využita při měření opticky anizotropních vzorků. Základem navrženého řešení je připojení geometricko-fázového holografického modulu k jednocestnému holografickému mikroskopu Jamin–Lebedeff. Mikroskop Jamin–Lebedeff vytváří signální a referenční vlnu s kolmými lineárními polarizacemi, přičemž lineární polarizace signální vlny je zachována i při průchodu izotropním vzorkem. Na výstupu mikroskopu jsou tyto polarizace transformovány na opačné kruhové polarizace, čímž je umožněno jejich úhlové oddělení a následná interference v geometricko-fázovém holografickém modulu. Tímto způsobem vzniká mimoosový hologram, ze kterého je možné rekonstruovat kvantitativní fázový obraz vzorku. Funkčnost systému byla experimentálně ověřena zobrazením izotropních vzorků a následnou jednosnímkovou rekonstrukcí jejich kvantitativních fázových obrazů. Výsledky experimentů potvrzují funkčnost systému ve viditelné oblasti spektra. Ověřený princip zobrazení bude dále využit při konstrukci identického systému pracujícího v infračervené oblasti, kde umožní měření fázové odezvy aktivních metapovrchů.

This thesis presents the design and implementation of a microscopic system operating in the visible spectral range, which combines the advantages of in-line and off-axis holographic microscopy and enables single-shot quantitative phase imaging in an optically robust configuration. The combination of these advantages is achieved through a novel application of the principle of geometric-phase holographic microscopy, which has previously been successfully used for imaging optically anisotropic samples. The proposed solution is based on connecting a geometric-phase holographic module to a single-pass Jamin–Lebedeff-type holographic microscope. This microscope generates signal and reference waves with orthogonal linear polarizations, with the linear polarization of the signal wave preserved when passing through isotropic samples. At the microscope’s output, these polarizations are converted into opposite circular polarizations, allowing for their angular separation and subsequent interference within the geometric-phase holographic module. This process results in the formation of an off-axis hologram from which the quantitative phase image of the sample can be reconstructed. The system’s functionality was experimentally verified by imaging isotropic samples and performing single-shot reconstruction of their quantitative phase images. The experimental results confirm the system’s performance in the visible spectral range. The validated imaging principle will be further applied in the development of an identical system operating in the infrared range, enabling phase response measurements of active metasurfaces.