Determination of microrelief of the sample by singular beams superposition

Автор: Sokolenko Bogdan V., Shostka Natalia V., Karakchieva Olga S., Volyar Alexander V., Poletayev Dmitrii A.

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 5 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

In present paper we propose easy way to implement method of interfering vortices with opposite topological charge for the real time determination of the thickness and information about the surface of studied samples with the resolution up to 7 nanometers. The determination of the characteristics of the medial cross-section of submicron-objects becomes possible due to phase sensitivity of interfering singular beams to the slightest changes in the optical path difference between them. The dependence of rotational angle of resulting interference pattern in case of different sample thickness for two singular beams superposition is considered in detail.

Еще

Optical vortex, phase, optical microscopy, singular beams, surface relief detection

Короткий адрес: https://sciup.org/140246507

IDR: 140246507 | DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-5-741-746

Список литературы Determination of microrelief of the sample by singular beams superposition

Sprague, R. Surface roughness measurement using white light speckle / R. Sprague // Applied Optics. - 1972. - Vol. 11, Issue 12. - P. 2811-2816. - DOI: 10.1364/AO.11.002811
Sokolenko, B. Surface roughness sensing with singular vortex beams / B. Sokolenko, D. Poletaev, A. Prisyajniuk // Imaging and Applied Optics. - 2018. - JM4A.35. - DOI: 10.1364/3D.2018.JM4A.35
Huang, Y.-Ch. Polarized optical heterodyne profilometer / Y.-Ch. Huang, Ch. Chou, L.-Y. Chou, J.-Ch. Shyu, M. Chang // Japanese Journal of Applied Physics. - 1998. - Vol. 37, Issue 1. - 351. - DOI: 10.1143/JJAP.37.351
Rubinsztein-Dunlop, H. Roadmap on structured light / H. Rubinsztein-Dunlop, A. Forbes, M.V. Berry [et al.] // Journal of Optics. - 2017. - Vol. 19, Issue 1. - 013001. - DOI: 10.1088/2040-8978/19/1/013001
Meyer, E. Scanning probe microscopy: The lab on a tip / E. Meyer [et al.]. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2003. - 210 p.
Han, R. Recent advances in superresolution fluorescence imaging and its applications in biology / R. Han [et al.] // Journal of Genetics and Genomics. - 2013. - Vol. 40, Issue 12. - P. 583-595. -
DOI: 10.1016/j.jgg.2013.11.003
Dickenson, N.E. Near-field scanning optical microscopy: a tool for nanometric exploration of biological membranes / N.E. Dickenson [et al.] // Analytical and Bioanalytical Chemistry. - 2010. - Vol. 396, Issue 1. - P. 31-43. -
DOI: 10.1007/s00216-009-3040-1
Клементьева, Н.В. Принципы флюоресцентной микроскоиии сверхвысокого разрешения (обзор) / Н.В. Клементьева, Е.В. Загайнова, К.А. Лукьянов, А.С. Мишин // Современные технологии в медицине. - 2016. - Т. 8, № 2. - С. 130-140. -
DOI: 10.17691/stm2016.8.2.17
Westphal, V. Video-rate far-field optical nanoscopy dissects synaptic vesicle movement / V. Westphal, S.O. Rizzoli, M.A. Lauterbach, D. Kamin, R. Jahn, S.W. Hell // Science. - 2008. - Vol. 320, Issue 5873. - P. 246-249. -
DOI: 10.1126/science.1154228
Neupane, B. Review of recent developments in stimulated emission depletion microscopy: applications on cell imaging / B. Neupane [et al.] // Journal of Biomedical Optics. - 2014. - Vol. 19, Issue 8. - 080901. -
DOI: 10.1117/1.JBO.19.8.080901
Torok, P. The use of Gauss-Laguerre vector beams in STED microscopy / P. Torok, P. Munro // Optics Express. - 2004. -Vol. 12. - P. 3605-3617. -
DOI: 10.1364/OPEX.12.003605
PopioJek-Masajada, A. Internal scanning method as unique imaging method of optical vortex scanning microscope / A. Popiolek-Masajada, J. Masajada, M. Szatkowski // Optics and Lasers in Engineering. - 2018. - Vol. 105. - P. 201-208. -
DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.01.016
Pham, Q.D. Optical frequency comb profilometry using a single-pixel camera composed of digital micromirror devices / Q.D. Pham, Y. Hayasaki // Applied Optics. - 2015. - Vol. 54, Issue 1. - P. A39-A44. -
DOI: 10.1364/AO.54.000A39
Sasaki, O. Sinusoidal phase modulating interferometry for surface profile measurement / O. Sasaki, H. Okazaki // Applied Optics. - 1986. - Vol. 25, Issue 18. - P. 3137-3140. -
DOI: 10.1364/AO.25.003137
Belyi, V. Bessel beam based optical profilometry / V. Belyi, M. Kroening, N. Kazak, N. Khilo, A. Mashchenko, P. Ropot // Proceedings of SPIE. - 2005. - Vol. 5964. - 59640L. -
DOI: 10.1117/12.624491
Воронцов, Е.Н. Исследование формирования световых полей с различной скоростью вращения распределения интенсивности / Е.Н. Воронцов, Н.Н. Лосевский, Д.В. Прокопова, Е.В. Разуева, С.А. Самагин // Компьютерная оптика. - 2016. - Т. 40, № 2. - С. 158-163. -
DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-158-163
Воронцов, Е.Н. Влияние амплитудных и фазовых искажений на формирование световых полей с вращением распределения интенсивности / Е.Н. Воронцов, С.П. Котова, Н.Н. Лосевский, Д.В. Прокопова, С.А. Самагин // Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2018. - Т. 45б № 3. - С. 9-14.
Bouchal, P. Vortex topographic microscopy for full-field reference-free imaging and testing / P. Bouchal, L. Strbkova, Z. Dostal, Z. Bouchal // Optics Express. - 2017. - Vol. 25, Issue 18. - P. 21428-21443. -
DOI: 10.1364/OE.25.021428
Baranek, M. Aberration resistant axial localization using a self-imaging of vortices / P. Bouchal, M. Siler, Z. Bouchal // Optics Express. - 2015. - Vol. 23. - P. 15316-15331.
Pavani, S.R.P. High-efficiency rotating point spread functions / S.R.P. Pavani, R. Piestun // Optics Express. - 2008. - Vol. 16. -P. 3484-3489. -
DOI: 10.1364/OE.16.003484
Sokolenko, B. Phase shifting profilometry with optical vortices / B. Sokolenko, D. Poletaev, S. Halilov // Journal of Physics: Conference Series. - 2017. - Vol. 917, Issue 6. - 062047. -
DOI: 10.1088/1742-6596/917/6/062047
Shostka, N.V. Controllable optical trap arrays / N. Shostka, M.O. Ivanov, V.I. Shostka // Technical Physics Letters. - 2016. -Vol. 42. - 944. -
DOI: 10.1134/S106378501609025X
Shvedov, V. A long-range polarization-controlled optical tractor beam / V. Shvedov [et al.] // Nature Photonics. - 2014. - Vol. 8, Issue 11. - P. 846-850. -
DOI: 10.1038/nphoton.2014.242
Simpson, N.B. Optical tweezers and optical spanners with Laguerre-Gaussian modes / N.B. Simpson, L. Allen, M.J. Padgett // Journal of Modern Optics. - 1996. - Vol. 43, Issue 12. - P. 2485-2491.
Dasgupta, R. Long-distance axial trapping with Laguerre-Gaussian beams / R. Dasgupta, R.S. Verma, S. Ahlawat, D. Chaturvedi, P.K. Gupta // Applied Optics. - 2011. - Vol. 50, Issue 10. - P. 1469-1476. -
DOI: 10.1364/AO.50.001469
Simpson, S.H. Rotation of absorbing spheres in Laguerre-Gaussian beams / S.H. Simpson, S. Hanna // Journal of the Optical Society of America A. - 2009. - Vol. 26, Issue 1. - P. 173-183.
Simpson, S.H. Orbital motion of optically trapped particles in Laguerre-Gaussian beams / S.H. Simpson, S. Hanna // Journal of the Optical Society of America A. - 2010. - Vol. 27, Issue 9. - P. 2061-2071. -
DOI: 10.1364/JOSAA.27.002061
Cao, Y. Spin-controlled orbital motion in tightly focused high-order Laguerre-Gaussian beams / Y. Cao, T. Zhu, Y. Lv, W. Ding // Optics Express. - 2016. - Vol. 24, Issue 4. - P. 3377-3384. -
DOI: 10.1364/OE.24.003377
Kiselev, A.D. Optical trapping by Laguerre-Gaussian beams: Far-field matching, equilibria, and dynamics / A.D. Kiselev and D.O. Plutenko // Physical Review A. - 2016. - Vol. 94. - 013804. -
DOI: 10.1103/PhysRevA.94.013804
Клыков, С.С. Анализ динамики захвата клеток в оптической ловушке в приближении геометрической оптики / С.С. Клыков, И.В. Федосов, В.В. Тучин // Компьютерная оптика. - 2015. - Т. 39, № 5. - P. 694-701. -
DOI: 10.18287/01342452-2015-39-5-694-701
Порфирьев, А.П. Оптический захват и перемещение микрочастиц с помощью асимметричных пучков Бесселя-Гаусса / A.П. Порфирьев, А.А. Ковалёв, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. - 2016. - Vol. 40 (2). - P. 152-157. -
DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-152-157
Ковалёв, А.А. Пучки Лагерра-Гаусса с комплексным смещением в декартовых координатах / А.А. Ковалёв, B.В. Котляр, С.Г. Засканов, Д.С. Калинкина // Компьютерная оптика. - 2016. - Т. 40, № 1. - С. 5-11. -
DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-1-5-11
Карпеев, С.В. Сравнение устойчивости вихревых пучков Лагерра-Гаусса к случайным флуктуациям оптической среды / C.В. Карпеев, В.Д. Паранин, М.С. Кириленко // Компьютерная оптика. - 2017. - Т. 41, № 2. - С. 208-217. -
DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-208-217
Vickers, J. Phase and interference properties of optical vortex beams / J. Vickers [et al.] // Journal of the Optical Society of America A. - 2008. - Vol. 25, Issue 3. - P. 823-827. -
DOI: 10.1364/JOSAA.25.000823
Soskin, M.S. Singular optics / M.S. Soskin, M.V. Vasnetsov // Progress in Optics. - 2001. - Vol. 42. - P. 262. -
DOI: 10.1016/S0079-6638(01)80018-4
Bekshaev, A. Optical vortex generation with a "fork" hologram under conditions of high-angle diffraction / A. Bekshaev, O. Orlinska, M. Vasnetsov // Optics Communications. - 2010. - Vol. 283, Issue 10. - P. 2006-2016. -
DOI: 10.1016/j.optcom.2010.01.012
Soskin, M.S. Computer-synthesized hologram-based rainbow optical vortices / M.S. Soskin, P.V. Polyanskii, O.O. Arkhelyuk // New Journal of Physics. - 2004. - Vol. 6. - P. 196-204. -
DOI: 10.1088/1367-2630/6/1/196
Khonina, S.N. Experimental demonstration of the generation of the longitudinal E-field component on the optical axis with high-numerical-aperture binary axicons illuminated by linearly and circularly polarized beams / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov, D.A. Savelyev, J. Laukkanen and J. Turunen // Optics Express. - 2013. - Vol. 16, Issue 5. - 085704. -
DOI: 10.1088/2040-8978/15/8/085704
Khonina, S.N. Strengthening the longitudinal component of the sharply focused electric field by means of higher-order laser beams / S.N. Khonina, S.V. Alferov, S.V. Karpeev // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38, Issue 17. - P. 3223-3226. -
DOI: 10.1364/OL.38.003223

Еще

Статья научная