КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-19-00450

НазваниеГиперспектральная голография биообъектов в некогерентном свете

Руководитель Каленков Сергей Геннадьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский политехнический университет» , г Москва

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые слова голография, оптическая обработка информации, когерентность, фазовая проблема, Фурье-спектроскопия, пространственное разрешение, Фурье-оптика, интерферометрия, голографическая гиперспектральная Фурье-микроскопия

Код ГРНТИ29.31.29, 29.31.26, 29.31.33

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на разработку и изготовление опытного образца цифрового гиперспектрального голографического микроскопа для автоматизации исследований биообъектов в некогерентном излучении. Особенность и, в известном смысле, уникальность такого микроскопа в состоит в следующем: 1. Гиперспектральный микроскоп позволяет получать голографические изображения в биообъектов на каждой спектральной частоте (длине волны) проходящего (для прозрачных объектов) через объект или отраженного (для отражающих) от объекта излучения. Т.е. голографические изображения вычисляются во всем исследуемом спектральном диапазоне функции пропускания или отражения биообъектов. 2. Основной узел гиперспектрального микроскопа представляет собой относительно недорогой интерферометр. Такой интерферометр, в состав которого установлены основные узлы стандартного микроскопа, составляет принципиально новое устройство – гиперспектральный голографический микроскоп, позволяющий вместо обычных «микроскопных» цветных фото изображений биообъектов получать гиперспектральные голографические изображения. Таким образом, обычный стандартный микроскоп, образно говоря, строит изображение, а интерферометр (и компьютер, естественно) преобразует его в цифровую гиперспектральную голограмму. 3. Гиперспектральный микроскоп строит цифровые голографические изображения биообъектов в некогерентном излучении, что позволяет избежать многих проблем связанных с оптическими шумами, например, спекл-структурой неизбежно возникающей при исследовании биообъектов в когерентном свете. Принцип действия предложенного нами гиперспектрального микроскопа основан на новом применении фурье-спектрометра – прибора, изначально предназначенного для высокоточного анализа спектрального состава электромагнитного излучения. Суть предложенного нами метода регистрации гиперспектральных голограмм, изложенного в работах [1-6], состоит в том, что в одно из плеч ассиметричного фурье-спектрометра на месте неподвижного зеркала помещают плоский микрообъект. Выходной сигнал, представляющий собой поле интерференции опорной волны с волной, дифрагированной на объекте, регистрируют многоэлементной приемной матрицей. Процесс записи сводится к последовательной регистрации совокупности интерферограмм в каждом пикселе приемной матрицы в ходе ступенчатого изменения длины оптического пути в опорном плече интерферометра. Одномерное фурье-преобразование интерферограммы по переменной дельта (оптическая разность хода) в каждом пикселе матрицы дает распределение комплексной амплитуды (амплитуды и фазы) всех спектральных составляющих гиперспектрального объектного поля в данной точке. В результате такой обработки оптической информации во всем массиве пикселей приемной матрицы получают двумерное пространственное распределение комплексной амплитуды объектного поля для всех спектральных составляющих, т.е. гиперспектральную голограмму. При этом, в наших работах мы продемонстрировали запись голограмм как Френелевского типа, когда дифракционное поле объекта непосредственно падает на приемную матрицу, так и запись голограмм сфокусированного изображения объекта. Возможности метода продемонстрированы экспериментально на примерах решения актуальных задач микроскопии: подавление спекл-шума, получение гиперспектрального изображения микрообъекта, а также синтез цветного изображения и получение оптического профиля фазового объекта [7]. Известны приборы, сочетающие классическую микроскопию, позволяющую получать изображения микрообъектов, и сканирующие по полю образца фурье-спектрометры, регистрирующие локальный спектр образца, что позволяет объединить пространственные и спектральные характеристики объекта. Такие приборы регистрируют только пространственное распределение интенсивности сигнала (амплитудное распределение), между тем как наиболее важная информация, отражающая тонкую оптическую структуру объекта, заключена в фазовой составляющей оптического волнового поля. Известны также цифровые голографические микроскопы, позволяющие помимо амплитудного распределения получить распределение фазы волны по полю микрообъекта, однако эти приборы работают лишь в монохроматическом излучении и не дают информации о спектральных характеристиках объекта. Объединение в едином оптическом устройстве цифрового голографического микроскопа и фурье-спектрометра позволит получить пространственно-спектральную амплитудно-фазовую информацию об объекте в едином акте регистрации. Успешное применение фурье-спектрометров в практике связано с уникальной особенностью этого устройства, именно: беспрецедентно высоким значением величины отношения сигнала к шуму. Хорошо известно, что эта особенность определяется так называемым выигрышем Фелжета, физическая природа которого связана с тем, что все спектральные компоненты исследуемого волнового поля регистрируются за время одного скана зеркала. Именно это обстоятельство и делает фурье-спектрометр прибором с предельно высокими спектральным разрешением, по сравнению с любыми дифракционными приборами. Нет сомнения в том, что благодаря параллельной регистрации пространственных амплитудно-фазовых и спектральных характеристик значительной части образца предложенный нами метод откроет новые возможности анализа микрообъектов различной физической природы. Цель заявляемого нами проекта – дальнейшее развитие и совершенствование метода и распространение его на регистрацию гиперспектральных голограмм сфокусированных изображений биообъектов. Отметим наиболее существенные особенности голографии сфокусированных изображений. В классическом методе голографии сфокусированных изображений регистрация интерференционного поля когерентных объектных и опорных полей производится в плоскости резкого изображения. При этом, запись оптической информации носит локальный характер, что существенно снижает требования к пространственной когерентности источника. Далее: при регистрации голограмм сфокусированного изображения имеется возможность увеличивать или уменьшать изображение объекта, что позволяет существенно снизить требования к оптической схемы записи.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---