Master's Thesis

Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH)

Final Thesis 9.03 MB

Author of thesis: Ing. Petr Bouchal, Ph.D.

Acad. year: 2011/2012

Supervisor: prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.

Reviewer: prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis develops a novel method of digital holography, from recent studies known as Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH). The method enables the reconstruction of the correlation records of three-dimensional objects, captured under quasi-monochromatic, incoherent illumination. The experimental system is based on an action of a Spatial Light Modulator, driven by computer generated holograms to create mutually correlated beams. Both optical and digital parts of the experiment can be carried out using procedures of classical holography, diffractive optics and digital holography.

As an important theoretical result of the master’s thesis, a new computational model was proposed, which allows to describe the experiment completely with respect to its two basic phases. The proposed model allows to understood the method intuitively and can be used additionally for analysis and interpretation of the imaging parameters and the system optimalization. The theoretical part of the master’s thesis also presents a detailed description of the correlation imaging based on an appropriate reconstruction process.
Computational models were developed for both monochromatic and quasi-monochromatic illumination. In experimental part, all theoretical results were verified. The imaging parameters were examined using standard resolution target tests and appropriate biological samples. As an original experimental result, spiral modification of the system resulting in a vortex imaging was proposed and realized. Here, a selective edge enhancement of three-dimensional objects is possible, resulting in a significant extension of possible applications of the method.

Keywords:

spatial light modulation, diffractive optics, partial coherence in imaging, digital holography, three-dimensional microscopy

Date of defence

18.06.2012

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.

Diplomant zcela samostatně vypracoval diplomovou práci na výborné obsahové i formální úrovni. Stanovené cíle práce byly splněny v takovém rozsahu a kvalitě, že dosažené výsledky mohly být publikovány ve dvou mezinárodních časopisech s impaktním faktorem (Optics Express a Optics Letters). To potvrzuje aktuálnost tématu a originalitu řešení. Proto navrhuji výborné hodnocení.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Cílem diplomové práce bylo odvodit popis zobrazení metodou FINCH, optimalizovat experimentální sestavu z hlediska příčného a podélného rozlišení, uvážit vliv rozšíření spektrálního pásma osvětlení a experimentálně ověřit teoretické výsledky.

Práce obsahuje 63 stran a je obsahově členěna do tří částí, které na sebe logicky navazují. První úvodní část představuje relativně novou zobrazovací metodu FINCH a uvádí ji do souvislosti s jinými zobrazovacími technikami, vysvětluje její princip a aplikační možnosti. Další část představuje těžiště práce a detailně se zabývá matematickým popisem monochromatického zobrazení metody FINCH, uvádí princip numerické rekonstrukce hologramu, zmiňuje omezení při praktické realizaci metody a demonstruje zobrazovací potenciál metody zejména na rekonstrukcích USAF testů a na vhodných objektech. Uvádí i novou modifikaci metody FINCH, která využívá spirálních fázovou masku. Závěrečná část rozšiřuje popis a experimentální rekonstrukce i na kvazimonochromatické zdroje záření. Po formální stránce je práce bez chyb, graficky kvalitně zvládnutá, po obsahové stránce vysoce převyšuje běžný standard diplomových prací. Nebývá zvykem, aby diplomové práce obsahovala celosvětově nové výsledky autora, a aby byl diplomant prvním autorem tří publikací v předních impaktovaných optických časopisech. Diplomant prokázal samostatný a tvůrčí přístup, hluboké a detailní zvládnutí problematiky. Práci hodnotím stupněm výborně/A a doporučuji, aby byla navržena na ocenění.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Prosím diplomanta o posazení metody FINCH do kontextu ostatních existujících světelných zobrazovacích technik, jejich porovnání s metodou FINCH, zdůraznění kladů a záporů z hlediska parametrů zobrazení a využití. Navrhuji uvažovat některé z následujících metod: klasická mikroskopie se světlým či temným polem, DIC či fázový kontrast; konfokální mikroskopie; STED; "lighsheet" či strukturované osvětlení; digitální holografická mikroskopie.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová