Gigapixel holografiskt mikroskop tillverkat av A4-pappersskanner

Hologram fascinerar människor på grund av deras förmåga att visa tredimensionell information i en enda tvådimensionell bild. Men att göra hologram är svårt, till stor del på grund av den enorma mängd information som måste fångas för att få anständig upplösning.

Det var inte ett problem under gammaldags fotografering eftersom fotografisk film hade en upplösning som gjorde digitalkameror på skam. Men de elektroniska CCD:erna som krävs för att göra samma jobb måste ha gigapixelkapacitet, något som bara är möjligt med den dyraste utrustningen.

Astronomer har till exempel CCD-chips med över 0,1 gigapixel. Men de bästa digitalkamerorna har bara megapixelkapacitet, vilket innebär att holografer måste förlita sig på komplexa skanningsprotokoll för att få anständiga resultat.

Idag säger Tomoyoshi Shimobaba vid Chiba University i Japan, och några kompisar, att de har utarbetat hur man tar högupplösta hologram utan att använda dyra digitalkameror. Istället har de här killarna byggt ett digitalt holografiskt mikroskop med gigapixelupplösning med bara en laser och en billig digital skanner.

Inställningen kunde knappast vara mer grundläggande. Det enklaste sättet att göra ett hologram är den så kallade in-line-metoden. Detta innebär att lasern, provet och inspelningsmediet placeras i linje med varandra. Lasern lyser på och förbi provet. Allt ljus som diffrakteras av provet interfererar också med odiffrakterat ljus, vilket skapar ett interferensmönster.

Den svåra uppgiften är att registrera detta interferensmönster med den upplösning som krävs. Men Shimobaba och kompisar har gjort det med en standard A4 konsumentskanner som kan spela in i 4800 dpi.

Det är den typen av skanner som förmodligen samlar damm på din bokhylla eller bakom ditt skrivbord. Den fungerar med en enda rad ljuskänsliga CCD:er som den skannar ner längs sidan. Teoretiskt sett är den kapabel att uppnå en upplösning på 56 144 x 39 698 pixlar. Det är över 2 gigapixlar.

Dessa killar har använt sin utrustning för att göra hologram som är något mindre än detta med 0,43 gigapixel. De har spelat in ett testmål från US Air Force 1951 samt hologram av en myra och en vattenloppa.

Det är ett underhållande arbete som gör det möjligt för nästan vem som helst att göra ett högupplöst digitalt hologram till låg kostnad.

En utmaning de står inför är att bearbeta den enorma mängd information som hologram genererar. Shimobaba och kompisar har några råd här. De säger att en databehandlingsmetod känd som bandbegränsad dubbelstegs Fresnel-diffraktion minskar beräkningsbelastningen avsevärt jämfört med den traditionella tekniken som kallas vinkelspektrummetoden.

På så sätt minskade de bearbetningstiden för att rekonstruera bilden på en vanlig PC från 350 sekunder till bara 177.

Det enda problemet nu är att hitta ett bra sätt att visa dessa hologram. Standarddatorskärmar med en upplösning på 1920 x 1080 pixlar skär helt enkelt inte ner senapen när det gäller att visa gigapixelhologram.

Låt oss hoppas att någon snart hittar en billig väg ut ur denna gåta.

Ref: http://arxiv.org/abs/1305.6084 : Gigapixel inline digital holografisk mikroskopi med en konsumentskanner

Dölj