Wave-front engineering with an achromatic x-y variable light modulator

使用消色差 x-y 可变光调制器的波前工程

基本信息

  • 批准号:
    8252513
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.18万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-07-01 至 2013-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The primary proposed objective is to determine the feasibility of achromatic spatial modulation of the optical wavefront in microscopy. Modern microscopy methods seek to adapt traditional optical systems for optimal function with digital detection and processing systems. These methods employ devices, referred to as spatial light modulators, to manipulate the phase and amplitude of light illuminating, and/or transmitted by, a sample. Phase and amplitude of light waves in the microscope illumination and (or) imaging paths are engineered in application-specific ways; to improve resolution, acquire quantitative data in addition to observational data and increase the rate of information throughput. Current spatial light modulation devices are all wavelength dependant, thus the use microscopy methods developed through this approach is restricted. A sample's properties can only be studied one wavelength at a time. To overcome this limitation, Boulder Nonlinear Systems proposes to investigate the feasibility of incorporating alternative phase modulation methods in a liquid-crystal spatial light modulator. The proposed geometric phase modulation methods are wavelength independent. Modulation of the geometric phase will allow achromatic lateral (x-y) phase modulation of the microscope wavefront over the visible wavelength range. Implementation of this approach is currently limited by the state of the art in liquid crystal technology. However, the potential benefits of an achromatic spatial light modulator to the field of microscopy include expanded capability and increased commercial accessibility of current microscopy methods using spatial light modulators as well as new avenues for innovative applied microscopy research in biology, chemistry and nanotechnology. Potential barriers to this solution and its applicability to the field of high-resolution optical microscopy will be investigated through assessment of a proto-type programmable liquid crystal spatial light modulator device that operates using achromatic geometric phase modulation methods. Although limited in capability, this device will be used to assess whether or not further research into this approach is warranted. Such an assessment will be made by measuring the difference in chromatic performance between current liquid crystal spatial light modulation methods and geometric phase-shifting modulation in an x-y pixilated device. The marketability of this type of devices will be evaluated through demonstration of stable and uniform operation in a simple achromatic multi- focal imaging experiment. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Wave-front engineering is a multi-disciplinary microscope systems design approach, often implemented with an x-y variable light modulator, which is changing the fundamental limits of optical imaging. Implementation of developing microscope system designs at high speed (~1kHz) and without restriction with regard to wavelength (within the visible range) may allow observation of new dynamic biological and chemical processes.
描述(由申请人提供):提出的主要目标是确定光波前在显微镜中的可行性。现代显微镜方法旨在通过数字检测和处理系统适应传统的光学系统来适应最佳功能。这些方法采用称为空间光调节器的设备来操纵光照明和/或通过样品传输的相位和振幅。显微镜照明和(或)成像路径中光波的相位和幅度以特定于应用的方式进行设计;为了提高分辨率,除了观察数据外,还可以获取定量数据并提高信息吞吐量的速度。当前的空间光调制设备都是波长依赖性的,因此通过这种方法开发的使用显微镜方法受到限制。一个样品的属性只能一次研究一个波长。为了克服这一局限性,Boulder非线性系统提议研究将替代相调制方法纳入液态晶体空间光调制器中的可行性。所提出的几何相位调制方法是无关的。几何相的调制将允许在可见波长范围内的显微镜波前的横向(X-Y)相调制。目前,这种方法的实施受液晶技术的最新技术的限制。然而,使用空间光调制器的现有空间光调节器对显微镜领域的潜在优势包括扩展的能力和使用空间光调节器的当前显微镜方法的商业可访问性,以及用于生物学,化学和纳米技术的创新应用显微镜研究的新途径。该解决方案的潜在障碍及其对高分辨率光学显微镜领域的适用性将通过评估原型可编程液晶空间光调制器设备进行评估,该空间晶体空间光调制器设备使用具有色素几何相位调制方法进行操作。尽管功能有限,但该设备将用于评估是否有必要进一步研究这种方法。通过测量当前液晶空间光调制方法和X-Y诸如诸如诸如诸如X-y的装置中的几何相变模调之间的色度性能差异,将进行这样的评估。这种类型的设备的可销售性将通过在简单的可观多焦点成像实验中证明稳定和均匀的操作来评估。 公共卫生相关性:Wave-Front Engineering是一种多学科显微镜系统设计方法,通常使用X-Y可变光调制器实现,这正在改变光学成像的基本限制。以高速(〜1KHz)开发显微镜系统设计的实施,并且在波长(可见范围内)无限制可能允许观察新的动态生物学和化学过程。

项目成果

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