NCN ETIUDA

Tytuł projektu: Holograficzne metody rekonstrukcji trójwymiarowego rozkładu współczynnika załamania w zwiększonej objętości pomiarowej
Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, Program ETIUDA
Okres realizacji:01.10.2016-30.09.2017
Kierownik:mgr inż. Julianna Winnik
Opiekun naukowy:dr inż. Tomasz Kozacki, prof. PW

 

Holografia tomograficzna umożliwia precyzyjne, nieniszczące pomiary trójwymiarowego rozkładu współczynnika załamania transparentnych obiektów o mikrometrowych rozmiarach. Pomiar w tomografii holograficznej polega na rejestracji serii hologramów (zapisów dwuwymiarowego rozkładu pola optycznego) dla różnych kierunków obserwacji. Następnie zarejestrowane dane są numerycznie łączone wykorzystując wybrany algorytm rekonstrukcji tomograficznej. Końcowym etapem pomiaru jest rekonstrukcja trójwymiarowego rozkładu współczynnika załamania. Dzięki takim cechom jak nieniszczący oraz ilościowy charakter badań, technika tomografii holograficznej ma potencjał znaleźć szerokie zastosowania w medycynie oraz przemyśle.

Podstawową różnicą między tomografią holograficzną, a tak zwaną tomografią rentgenowską (ang. computed tomography, CT) jest fakt, że wykorzystuję ona promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu widzialnego. Długość fali tego promieniowania jest porównywalna ze szczegółami badanego obiektu w związku z czym niepomijalne znaczenie ma efekt dyfrakcji światła na strukturze wewnętrznej obiektu. Podstawowym wyzwaniem tomografii holograficznej jest więc uwzględnienie zjawiska dyfrakcji w procesie rekonstrukcji tomograficznej.

Większość stosowanych obecnie dyfrakcyjnych algorytmów rekonstrukcji tomograficznej wykorzystuje model rozpraszania światła oparty na pierwszorzędowym przybliżeniu Rytova. Wadą tych rozwiązań jest przestrzennie zmienna dokładność rekonstrukcji, tj. dokładność odtworzenia rozkładu współczynnika załamania jest wysoka jedynie dla centralnego obszaru rekonstrukcji i spada dla rejonów peryferyjnych. W efekcie następuję istotne ograniczenie efektywnej przestrzeni pomiarowej, tzn. przestrzeni w której błąd rekonstrukcji jest akceptowalnie niski. W ramach niniejszego projektu opracowane są rozwiązania umożliwiające pokonanie opisanego problemu. Jest to realizowane poprzez wykorzystanie technik numerycznej manipulacji pól optycznych zarejesrtowanych za pomocą holografii, w tym przede wszystkim metody numerycznej propagacji pól optycznych oraz techniki śledzenia biegu lokalnego promienia umożliwiającej prześledzenie procesu rozchodzenia się światła w badanej próbce.

etiuda

Wyniki rekonstrukcji trójwymiarowego rozkładu współczynnika załamania dla a) układu mikrokulek; b) końcówki światłowodowej.