For the proper function of the Fluorescence olographic microscope, it is necessary to adjust all the optical components of the microscope. Furthermore, the precise adjustment is the very critical condition for proper imaging of the Coherence-controlled holographic microscope. Therefore, it is necessary to create a sight collimator for these microscopes for their adjustment. The fluorescence holographic microscope is based on an interference and holographic principles, whose history is mentioned in the theoretical part of the thesis. The existing state of the art of laser sight collimators and their use in practice is also mentioned. The optical and mechanical design of the laser sight collimator and its realization are described in the next part of the thesis. The software for detecting the black sight cross was created for the use of the laser sight collimator in practice. The software is necessary to evaluate the correctness of the alignment of the adjusted microscope. The descriptions of the adjustment procedures for the laser sight collimator and for the Fluorescence holographic microscope are mentioned in the last part of the thesis. These procedures are necessary for proper manipulation and use with the proposed laser sight collimator.

Diplomová práca sa zaoberá kvantitatívnym fázovým zobrazovaním objektov umiestnených za rozptyľujúcim prostredím v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tento mikroskop umožnuje zobrazovať s úplne nekoherentným osvetlením vzorky, čo vyvoláva efekt koherenčnej brány. Koherenčná brána je veľmi dôležitá vlastnosť zobrazovacieho systému umožňujúca separáciu balistických a rozptýlených fotónov, jej dôkladnému vysvetleniu je venovaná značná časť práce. Ďalej sú prezentované základy teórie zobrazenia v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tie sú využité v závere práce pri interpretácii experimentálnych výsledkov. Cieľom práce je navrhnúť metódu pre pozorovanie fázových objektov v rozptyľujúcich prostrediach a experimentálne túto metódu overiť. Na základe analytických výsledkov a predchádzajúceho výskumu je navrhnutá nová metóda, ktorá je ďalej overovaná pomocou rôzne komplexných vzoriek. Je založená na zázname viacerých obrazov s rôznym posunutím referenčného poľa. Každý posun korešponduje so zobrazovaním pomocou inej skupiny fotónov. Je možné vytvoriť syntetický obraz so zlepšenou kvalitou sčítaním jednotlivých obrazov získaných z interferencie balistických alebo rozptýlených fotónov. Experimenty s rôzne komplexnými vzorkami poskytujú náhľad na obmedzenia prezentovanej metódy.

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.

Digital holographic microscopy is an interferometric imaging technique, the principle of which is the off-axis image plane holography. The principle of this technique enables to reconstruct both the image intensity and the image phase from the output interferencesignal. The reconstruction can be carried out on the basis of a single image plane hologram. This leads to the possibility of a realtime image reconstruction. The speed of the reconstruction depends on the detection and the computing process. The aim of this diploma thesis is to develop user software for the control of the detection camera and for the image plane hologram reconstruction. The effort was to achieve the highest number of image reconstructions per time unit, with the maximum utilization of the data transfer between the camera and the computer.The next aim of this thesis is the stabilization of the optical table position. The method of stabilization is based on the image phase information, which is used for the control loop feedback between reconstructed image phase and the piezoelectric actuator placed inside of the optical table. Experimental results, which prove the functionality of the stabilization, are presented.

This diploma thesis deals with phase and amplitude objects observation through scattering media by means of a coherence-controlled holographic microscope (CCHM). A brief history of development and construction of the microscope, its advantages compared to the classical light microscopy and hologram processing are described. Quantitative phase imaging through scattering media by means of ballistic as well as diffuse light is verificated in the experimental part. A comparison of an image obtained through a scattering layer by means of CCHM and a classical microscopy in the light field is demonstrated.

This master’s thesis focuses on the image reconstruction from holographic microscope. The first part of the thesis summarizes problems of holography, describes its principle and application particularly in live cell biology. In the second part the description of several methods used for off-axis hologram reconstruction is provided. The last part describes the implementation of the basic step in holographic reconstruction – the elimination of autocorrelation and twin image – and then also the reconstruction of 3D information of the sample.

Tato dizertční práce se zabývá výrbou a charakterizací plasmonických nanostruktur. Její první část začíná krátkým úvodem do plasmoniky s navazujícím přehledem metod, které jsou v dnešní době nejčastěji používány k výrobě a charakterizaci plasmonických nanostruktur. Druhá část se pak zaměřuje na samotný výzkum, který byl v rámci PhD studia realizován. Cílem prvních experimentů bylo prozkouat možnosti použití elektronové litografie za variabilního tlaku v procesní komoře pro výrobu plasmonických nanostruktur na nevodivých substrátech jako je např. sklo. Jelikož se jedná o materiály, které jsou velice často používány k přípravě plasmonických struktur pacujících v oblasti viditelného světla. Druhá sekce pak diskutuje některé specifické aspekty přípravy plasmonických mikrostruktur elektronovou litografií pro THz oblast. Poslední část se pak zaměřuje na funkční vlastnosti plasmonických nanostruktur, převážně pak na kvantitativní charakterizaci fáze dalekého pole indukovaného plasmonickými nanostrukturami a jejich aplikacemi v oblasti optických metapovrchů - uměle připravených povrchů, které mohou být použity jako planární optické komponenty. Práce demonstruje a diskutuje různé experimentální přístupy použití mimoosové holografické mikroskopie pro jejich charakterizaci.

Reflected-light digital holographic microscope developed at IPE FME BUT uses off-axis holography principle and low spatial and temporal coherence illumination. Microscope allows reconstruction of the image amplitude and the image phase, which can be handled in real time. The only limiting factors are imaging speed of the detector and computer performance when processing holograms. Reconstruction of image phase and amplitude allows high-resolution profilometric measurements in the vertical axis direction. This thesis deals with the automatization of profilometric measurement method proposed in [2]. Proposed method uses the combination of the image phase and the image amplitude for the measurement of specimens with surface structure the vertical size of which cause the uncertainty of the image phase by a factor of 2pí. Futher the thesis deals with the construction design of the illumination system of the microscope and its realization together with experimental verification of functionality of proposed method automatization.

Digital holographic microscopy (DHM) is noninvasive method for obtaining images even from samples with low contrast. Nowadays DHM design makes it possible to illuminate sample by broad light source, halogene lamp. Broad light source is displayed in the front focal plane of condensor in such way, that Köhler illumination is achieved. Each point of the source corresponds to a plane wave in image field of objective, which illuminates the whole field of view, but from different direction. Position of the point determines the direction of illumination. In this reason, the microscope enables so reconstruct not only intensity, but also phase of object wave. New designed and constructed interchangeable pinhole aperture modify broad light illumination by rotation around the optical axis. Aperture is placed eccentrically considering the optical axis of microscope. Incidence of light beam on a sample would be under defined angle. After the reconstruction of taken phase images from individual angles of illumination should be possible to obtain three-dimensional structure of the sample.

Práce se zabývá interpretací kvantitativního fázového zobrazení pomocí techniky koherencí řízené holografické mikroskopie. Vzhledem k tomu, že tato technika generuje velké množství kvantitativních fázových obrazů o nezanedbatelné velikosti, manuální analýza by byla časově náročná a neefektivní Za účelem urychlení analýzy obrazů získaných pomocí koherencí řízené holografické mikroskopie je v této práci navržena metodika automatizované interpretace kvantitativních fázových obrazů pomocí strojového učení s učitelem. Kvantitativní fázové obrazy umožňují extrakci parametrů charakterizujících distribuci suché hmoty v buňce a poskytují tak cennou informaci o buněčném chování. Cílem této práce je navrhnout metodologii pro automatizovanou klasifikaci buněk při využití této kvantitativní informace jak ze statických, tak z časosběrných kvantitativních fázových obrazů. Navržená metodika byla testována v experimentech s živými buňkami, jimiž byla vyhodnocena výkonnost klasifikace a významnost parametrů získaných z kvantitativních fázových obrazů.