Fresnel Incoherent Correlation Holography (FINCH)

Diplomová práce se zabývá studiem Fresnelovy nekoherentní korelační holografie, v literatuře známé pod akronymem FINCH (Fresnel Incoherent Correlation Holography). Princip metody umožňuje vytvoření holografického korelačního záznamu při použití kvazimonochromatického, prostorově nekoherentního osvětlení a následnou trojrozměrnou numerickou rekonstrukci zaznamenaného objektu. Systém s výhodou využívá jednoduché experimentální sestavy, vybudované na jednocestném Michelsonově interferometru. Metoda FINCH úspěšně kombinuje prvky klasické a digitální holografie a využívá pokročilých experimentálních technik, ve kterých je vznik interferujících svazků zprostředkován prostorovým modulátorem světla, dynamicky ovládaným pomocí elektrooptického jevu. Diplomová práce prezentuje nový matematický model metody FINCH umožňující intuitivní pochopení optické a digitální fáze zobrazení a popis základních zobrazovacích parametrů. Tento model je následně využit při optimalizaci systému z hlediska požadovaných nároků na obrazový výkon a při demonstraci rozlišení pod Rayleighovou difrakční mezí. V rámci teoretické a experimentální činnosti jsou detailně studovány korelační režimy záznamu a rekonstrukce objektu, objasněny projevy kvazimonochromatického světla a stanoven limit pro přípustnou koherenční délku zdroje. V experimentální části diplomové práce jsou ověřeny dosud známé konfigurace FINCH a zkoumána kvalita rekonstrukce optických testů i reálných preparátů. Významným přínosem diplomové práce je teoretický návrh a experimentální ověření zcela nového režimu zobrazení, které pracuje s vírovou impulzní odezvou a umožňuje spirální zvýraznění kontrastu hrany trojrozměrných amplitudových objektů při použití prostorově nekoherentního světla.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.