Цифровий голографічний мікроскоп Дипломний проект Виконав: Дзюбанський О.С. Керівник: Петровська Г.А. 2011

Мета роботи: розробити схему цифрового голографічного мікроскопа для дослідження фазових мікрообєктів

Області застосування голографічних мікроскопів Дослідження оптичних волокон на предмет розподілу показника заломлення в поперечному перерізі та наявності оптичних неоднорідностей; В медицині для дослідження клітин крові, ракових клітин, мікроорганізмів. В оптичному виробництві для дослідження оптичних лінзових растрів, штучних кристалів, тонких плівок.

Класична схема голографічного мікроскопа 1 - лазер, 2 - подільчий куб, 3 - обєкт, 4 – мікрообєктив, 5-фтопластина

Цифровий голографічний мікроскоп Реєстрація зображення та отримання інтерференційних смуг у цифровому голографічному мікроскопі відбувається за допомогою ПЗЗ-матриці шляхом віднімання двох відеосигналів. Переваги: метод дослідження є неруйнівним, відсутній процес хімічної обробки фотопластин, обробка інформації проводиться за допомогою спеціального програмного забезпечення.

Розроблена схема цифрового голографічного мікроскопа 1 – лазер; 2 - телескопічна система; 3 - подільчий куб; 4 – дзеркало; 5 – лінза; 6 – кювета з досліджуваним обєктом; 7 - мікрообєктив; 8 – цифрова фотокамера

Макет цифрового голографічного мікроскопа

Оптична система мікроскопа.. Збільшення мікроскопа:

Система цифрової реєстрації Інтерференційна картина утворюється внаслідок віднімання або додавання двох відеосигналів В даній роботі використана матриця розміром 22.3х14.9 мм Кількість пікселів – 15.5 млн, максимальна роздільна здатність – 4752х3168 Розмір матриці обмежує допустиме збільшення мікроскопа: якщо ширина матриці 22.3 мм, а розмір досліджуваного волокна рівний 1 мм, то максимальне допустиме збільшення, при якому зображення волокна поміститься на матрицю, не перевищує 15х.

Дослідження оптичних волокон цифровим голографічним мікроскопом можна досліджувати оптичні волокна на предмет розподілу показника заломлення в поперечному перерізі та наявність оптичних неоднорідністей. Для усунення крайового ефекту, що викликається різкою зміною показника заломлення при переході променя світла з навколишнього середовища в оптоволокно, досліджувані волокна необхідно поміщати у кювету з імерсійною рідиною, показник заломлення якої треба підбирати близьким до показника заломлення досліджуваного оптоволокна на його поверхні.

Імерсійні рідини В даній роботі використовувалися такі імерсійні рідини: Імерсійна рідина Показник заломлення n Вода Етиловий спирт Гліцерин Касторове масло Кедрове масло 1,33 1,36 1,45 1,48 1,5

Інтерферограма оптичного волокна, в якості імерсійної рідини використана вода Інтерферограма оптичного волокна з реперною шкалою, в якості імерсійної рідини використано кедрове масло

Розшифрування інтерферограми Розшифрування інтерферограми зводиться до вирішення двох основних задач: визначення номерів смуг і координат максимумів (мінімумів) в площині інтерферограми; розвязання оберненої задачі обрахунку функції по відомій кількості значень інтегралів в напрямку шуканої функції в напрямку паралельних прямих де L(x,y) - функція зміни оптичної довжини шляху в обєкті Оптоволокно у перерізі

Визначення зміщення інтерференційних смуг в поперечному перерізі полімерного оптоволокна за інтерферограмою Інтерферограма

З графіка можна розрахувати розподіл показника заломлення в даному перерізі оптоволокна. Розподіл показника заломлення в заданому перерізі волокна,побудований за даними інтерферограми

Дана інтерферограма була розшифрована візуально. Візуально можна визначити зміщення смуг в межах одної десятої періоду, тобто Тоді, враховуючи, що товщина досліджуваного волокна рівна L=1мм, ми можемо розрахувати похибку вимірювань даного методу при візуальному визначенні величини зміщення смуг:

Якщо припустити, що можна добитися програмного визначення максимумів до 5 пікселів, тоді

Висновки В даній роботі була розроблена схема та зібрано макет цифрового голографічного мікроскопа для дослідження фазових мікрообєктів. Розраховано оптичну систему мікроскопа і, з врахуванням розміру ПЗЗ-матриці, встановлено його збільшення порядку 5х. Обмеження збільшення розробленого голографічного мікроскопа залежать від розміру ПЗЗ-матриці, характеристик фотооб'єктива та товщини стінок кювети. Зібрано макет цифрового мікроскопа для дослідження оптичних волокон і проведено експериментальні дослідження розподілу показника заломлення в поперечному перерізі волокна. Для покращення результатів досліджень був проведений підбір імерсійних рідин, у які поміщається досліджуване волокно. Проведено розшифрування інтерферограм, що дозволило отримати розподіл показника заломлення в поперечному перерізі оптоволокна.

Дякую за увагу