Разработка модели цифрового голографического микроскопа для исследования структур в оптическом диапазоне

Один из современных и актуальных методов исследования структур объектов основан на голографическом способе регистрации сигналов (голографическая микроскопия ). Основным достоинством такого метода является возможность получения полной информации об исследуемом объекте. Другими словами , данный метод позволяет регистрировать не только амплитуду , но и фазу волны . Это достигается благодаря схеме записи , где фаза волны является некоторой модуляцией интенсивности . Данное преимущество делает голографическую микроскопию эффективным инструментом для всестороннего исследования частиц/микрочастиц в газах, жидкостях и твердых материалах в виде тонких пленок или в достаточно прозрачных материалах для волн оптического диапазона ( считается, что формирование голографических изображений в таких микроскопах возможно в случае , когда волна , прошедшая без взаимодействия , составляет порядка 70% и более). В рамках данной работы рассматривается схема осевой голографии ( голография Габора ). Несомненным достоинством осевой голографии является ограничение только диапазоном длин волн. Другими словами , изменение длины волны когерентного источника дает возможность исследования широкого спектра объектов . Так, например, осевая голография реализуется в низкоэнергетических электронных микроскопах , которая позволяет исследовать атомарную структуру объекта. В случае , когда источником является лазер (оптический диапазон), голографический микроскоп дает широкий спектр возможностей исследования микромира , начиная от различных бактерий и заканчивая различными мелкоструктурными частицами . Предлагается разработка модели цифрового голографического микроскопа для исследования структур в оптическом диапазоне, на основе метода осевой голографии Габора . Данная модель микроскопа разработана на платформе « Raspberry Pi Zero 2W».

1. Gabor D. A new microscope principle. Nature, 1948;161:777–778.

2. Egorov NV, Trofimov VV, Antonov SR, et al. Studying the Electrophysical Parameters of a Holographic Microscope. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2014;8(4):745–747.

3. Egorov NV, Karpov AG, Antonova LI, et al. Technique for Investigating the Spatial Structure of Thin Films at a Nanolevel. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2011;5(5):992–995.

4. Latychevskaya, Longchamp JN, Escher C, Fink HW. Holography and coherent diffraction with low-energy electrons: A route towards structural biology at the single molecule level. Ultramicroscopy, 2015;159:395–402.

5. Fedorov AG, Trofimov VV, Karpov AG. Two-step propagation for the numerical reconstruction of holographic image. AIP Conference Proceedings 2528, 020043, 2022. doi: https://doi.org/10.1063/5.0106270

6. Федоров А. Г. Численные методы и алгоритмы восстановления голографических изображений с произвольным выбором физических размеров плоскости объекта и наблюдения / А. Г. Федоров, В. В. Трофимов, А. Г. Карпов // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. – 2022. – Т. 18. – Вып. 1. – С. 99–110

7. Федоров А. Г. К вопросу об исследовании атомной структуры / А. Г. Федоров, Л. И. Антонова ; под ред. Н. В. Смирнова, Г. Ш. Тамасяна // Процессы управления и устойчивость : Труды 41-й международной научной конференции студентов и аспирантов. – Санкт-Петербург : Издат. дом СПбГУ, 2010. – С. 243–247.