Holographische Fourier-Raumfilterung in der Mikroskopie

Wir beabsichtigen neue Methoden in der optischen Mikroskopie zu entwickeln, die einen besseren Bildkontrast und/oder eine höhere Auflösung als Standardmethoden versprechen und die auch quantitative Probenvermessung und Interferometrie ermöglichen. Unsere Vorschläge werden durch die Eigenschaften von erst kürzlich erhältlichen hochauflösenden räumlichen Lichtmodulatoren (SLMs) motiviert, die aus miniaturisierten Flüssigkristallbildschirmen bestehen und eine extrem hohe Auflösung von über einer Million Pixel pro cm haben. Diese SLMs können als programmierbare Amplituden-, Phasen-, oder Polarisationsmodulatoren eingesetzt werden, wobei die Auflösung hoch genug ist, um computererzeugte Hologramme darstellen zu können. Hier beabsichtigen wir, die SLMs im Strahlenweg eines Mikroskops als sogenannte Raumfilter einzusetzen. Weiterhin lassen sich solche SLMs auch zur Modulation des Beleuchtungsstrahlengangs verwenden. Beispielsweise kann ein Beleuchtungsstrahl durch einen ersten SLM mit einer Amplituden- oder Phasenmodulation versehen und auf die Probe projiziert werden, wobei dann der transmittierte (oder reflektierte) Bildstrahl durch einen zweiten SLM gefiltert wird. Hierdurch können ausgewählte Probeneigenschaften dargestellt werden, die durch Standardmethoden nicht zugänglich sind. In früheren Experimenten haben wir bereits die vorteilhaften Eigenschaften eines bestimmten Typs von Raumfilter - eines sogenannten Spiralphasenfilters - zur Kantenverstärkung kontrastarmer Phasenproben demonstriert. Die selbe Methode lässt sich auch für eine neue Art von Interferometrie anwenden, die eine eindeutige Objektrekonstruktion aus einem einzigen "Spiralinterferogramm" ermöglicht. Im beantragten Projekt beabsichtigen wir, unsere Forschungen auf diesem Gebiet auszubauen, indem neue Typen von Raumfiltern entwickelt werden und indem sowohl die Beleuchtung als auch die Bildgebung mit aufeinander angepassten Raumfiltern durchgeführt werden. Zunächst beabsichtigen wir, ein Demonstrationssystem mit qualitativ hochwertigen optischen Komponenten aufzubauen, das sowohl die Möglichkeit einer strukturierten Probenbeleuchtung mit einem ersten SLM, als auch eine Einrichtung zur Raumfilterung des Bildes mit einem zweiten SLM bietet und das die Auflösung und den Kontrast professioneller Forschungsmikroskope übertreffen soll. Mit diesem System sollen neue Typen holografischer Raumfilter zur Hervorhebung ausgewählter Objekteigenschaften entwickelt und zu getest werden (z.B. Spiralphasenfilter mit höheren Helizitäten), die z.B. sensitiv auf Amplituden- und Phasengradienten sind, oder die die Krümmung einer "Phasenlandschaft" darstellen. Wir beabsichtigen auch, neue interferometrische Verfahren zur quantitativen Vermessung von Probendetails im Sub-Wellenlängenbereich zu entwickeln. Die mit unserem SLM System erhaltenen Ergebnisse können zur Herstellung optimierter "Hardware"-Raumfilter verwendet werden, die unsere Resultate eventuell noch besser und mit geringeren Kosten erreichen können. Daher erwarten wir, dass unser Forschungsprojekt einen beträchtlichen Einfluss auf die optische Mikroskopie und deren Anwendungen haben wird, wie z.B. in den Materialwissenschaften oder in der biologischen Forschung.

Wir beabsichtigen neue Methoden in der optischen Mikroskopie zu entwickeln, die einen besseren Bildkontrast und/oder eine höhere Auflösung als Standardmethoden versprechen und die auch quantitative Probenvermessung und Interferometrie ermöglichen. Unsere Vorschläge werden durch die Eigenschaften von erst kürzlich erhältlichen hochauflösenden räumlichen Lichtmodulatoren (SLMs) motiviert, die aus miniaturisierten Flüssigkristallbildschirmen bestehen und eine extrem hohe Auflösung von über einer Million Pixel pro cm haben. Diese SLMs können als programmierbare Amplituden-, Phasen-, oder Polarisationsmodulatoren eingesetzt werden, wobei die Auflösung hoch genug ist, um computererzeugte Hologramme darstellen zu können. Hier beabsichtigen wir, die SLMs im Strahlenweg eines Mikroskops als sogenannte Raumfilter einzusetzen. Weiterhin lassen sich solche SLMs auch zur Modulation des Beleuchtungsstrahlengangs verwenden. Beispielsweise kann ein Beleuchtungsstrahl durch einen ersten SLM mit einer Amplituden- oder Phasenmodulation versehen und auf die Probe projiziert werden, wobei dann der transmittierte (oder reflektierte) Bildstrahl durch einen zweiten SLM gefiltert wird. Hierdurch können ausgewählte Probeneigenschaften dargestellt werden, die durch Standardmethoden nicht zugänglich sind. In früheren Experimenten haben wir bereits die vorteilhaften Eigenschaften eines bestimmten Typs von Raumfilter - eines sogenannten Spiralphasenfilters - zur Kantenverstärkung kontrastarmer Phasenproben demonstriert. Die selbe Methode lässt sich auch für eine neue Art von Interferometrie anwenden, die eine eindeutige Objektrekonstruktion aus einem einzigen "Spiralinterferogramm" ermöglicht. Im beantragten Projekt beabsichtigen wir, unsere Forschungen auf diesem Gebiet auszubauen, indem neue Typen von Raumfiltern entwickelt werden und indem sowohl die Beleuchtung als auch die Bildgebung mit aufeinander angepassten Raumfiltern durchgeführt werden. Zunächst beabsichtigen wir, ein Demonstrationssystem mit qualitativ hochwertigen optischen Komponenten aufzubauen, das sowohl die Möglichkeit einer strukturierten Probenbeleuchtung mit einem ersten SLM, als auch eine Einrichtung zur Raumfilterung des Bildes mit einem zweiten SLM bietet und das die Auflösung und den Kontrast professioneller Forschungsmikroskope übertreffen soll. Mit diesem System sollen neue Typen holografischer Raumfilter zur Hervorhebung ausgewählter Objekteigenschaften entwickelt und zu getest werden (z.B. Spiralphasenfilter mit höheren Helizitäten), die z.B. sensitiv auf Amplituden- und Phasengradienten sind, oder die die Krümmung einer "Phasenlandschaft" darstellen. Wir beabsichtigen auch, neue interferometrische Verfahren zur quantitativen Vermessung von Probendetails im Sub-Wellenlängenbereich zu entwickeln. Die mit unserem SLM System erhaltenen Ergebnisse können zur Herstellung optimierter "Hardware"-Raumfilter verwendet werden, die unsere Resultate eventuell noch besser und mit geringeren Kosten erreichen können. Daher erwarten wir, dass unser Forschungsprojekt einen beträchtlichen Einfluss auf die optische Mikroskopie und deren Anwendungen haben wird, wie z.B. in den Materialwissenschaften oder in der biologischen Forschung.