Využití metody FDTD k modelování zobrazování v biofotonice

Abstract

Diplomová práce se zabývá ověřením praktické využitelnosti metody FDTD pro simulaci zobrazování v koherencí řízeném holografickém mikroskopu. Byly podrobně prozkoumány různé možnosti určení matice rozptylu a vybrán optimální postup založený na rigorózním výpočtu dalekého pole. Matice rozptylu, nesoucí informaci o pozorovaném předmětu, je pak použita k analytickému výpočtu signálu mikroskopu; při tom také byly vyhodnoceny dvě úrovně aproximací aperturních funkcí. Výsledky byly porovnány s tradičním postupem založeným na Rytovově aproximaci a vymezena oblast platnosti této aproximace. Na základě simulací holografického mikroskopu byly dále prozkoumány závislosti podélné rozlišovací schopnosti na aperturách objektivu a osvětlení a citlivost holografického signálu ke změně indexu lomu vzorku.

This thesis deals with the problem of practical application of FDTD technique for simulation of image formation in coherence controlled holographic microscope. Various ways for obtaining scattering matrices are explored in detail and the optimal technique based on a rigorous calculation of the far field is proposed. The scattering matrix, containing information about the observed sample, is subsequently used in analytic calculation of holographic signal; two levels of approximation of pupil function are also evaluated. The results are compared with a traditional approach based on Rytov approximation resulting in specification of the parameter domain where the approximation is applicable. Based on the simulations of the microscope, the dependence of axial resolution on apertures of the objective and the condenser and sensitivity of the signal to changes of refractive index of the sample is also studied.