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Digital In-Line Holographic Microscopy with Various Wavelengths and Point Sources Applied to Static and Fluidic Specimens

Schürmann, Martina

German Title: Digitale In-line-Holographische Mikroskopie mit verschiedenen Wellenlängen und Punktquellen angewandt auf stationäre und bewegte Proben

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Abstract

Holography is a lensless imaging technique with intrinsic three-dimensional properties. Employing spherical waves enables the acquisition of magnified images. As the method in contrast to conventional microscopy does not require lenses, the achievable resolution only depends on the illumination wavelength and the solid detection angle. Approaching short wavelengths is thus advisable. In this thesis, 5.9, 2.9, 0.752, 0.500 and 0.356 µm polystyrene beads could be resolved. Furthermore, fibroblast cells with a diameter of about 100 µm and lithographic structures with random forms and shapes were imaged. By introducing an oil chamber with a higher refractive index into the setup, a significant increase of the numerical aperture and thus the achievable resolution was obtained. Nanosecond UV and synchrotron picosecond VUV radiation were proven to provide coherent illumination for in-line holographic microscopy measurements, enabling submicron resolution. First experiments in extending the method towards the fourth dimension included the tracking of tracer particles such as microspheres and oil droplets in flow channels. In addition to the commonly used pinholes, optical fibers were tested with respect to their suitability as alternative point sources. Due to their flexibility these sources could be used in complicated measurement geometries. Furthermore, their ability to be applied in situ makes them interesting for biological studies.

Translation of abstract (German)

Holographie ist eine linsenfreie dreidimensionale Darstellungstechnik, die bei Verwendung von sphärischen Wellen die Erstellung vergrößerter Abbildungen ermöglicht. Da die Methode im Gegensatz zur herkömmlichen Mikroskopie linsenfrei arbeitet, hängt die erreichbare Auflösung allein von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes und dem räumlichen Detektionswinkel ab. Somit ist die Verwendung kurzer Wellenlängen von Vorteil. In dieser Arbeit konnten Polystyrolkugeln der Größen 5.9, 2.9, 0.752, 0.500 und 0.356 µm hochaufgelöst abgebildet werden. Des Weiteren wurden Fibroblasten von etwa 100 µm Ausdehnung und Lithographiestrukturen in verschiedene Formen und Größen aufgenommen. Durch den Einsatz einer Ölkammer mit einem höheren Brechungsindex wurde eine signifikante Steigerung der numerischen Apertur und damit der erreichbaren Auflösung erzielt. Es konnte gezeigt werden, dass mittels gepulster UV- und Synchrotron-VUV-Strahlung digitale In-line Holographie in Submikrometerauflösung möglich ist. Erste Experimente zur Erweiterung der Methode in die vierte Dimension beinhalteten die Verfolgung von Tracerpartikeln wie Mikrokugeln und Öltropfen in Flusskanälen. Neben der Verwendung von Lochblenden wurde auch die Eignung von Lichtleiterspitzen als Punktquellen untersucht. Derartige Punktquellen können aufgrund ihrer hohen Flexibilität auch in komplizierten Aufbauten eingesetzt werden und sind für biologische Fragestellungen durch ihre in situ-Tauglichkeit besonders interessant.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Himmelhaus, Dr. Priv. Michael
Date of thesis defense: 31. October 2007
Date Deposited: 08. Nov 2007 12:08
Date: 2007
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institute of Physical Chemistry
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Holographie, Gabor, Dennis, Mikroskopie, Auflösung
Uncontrolled Keywords: Lochblenden , LichtleiterDigital In-Line Holography , Microscopy , DIHM , high resolution
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