(DH) Noise and Signal scaling factors in Digital Holography in week illumination: relationship with Shot Noise

We have performed off axis heterodyne holography with very weak illumination by recording holograms of the object with and without object illumination in the same acquisition run. We have experimentally studied, how the reconstructed image signal (with illumination) and noise background (without) scale with the holographic acquisition and reconstruction parameters that are the number of frames, and the number of pixels of the reconstruction spatial filter. The first parameter is related to the frequency bandwidth of detection in time, the second one to the bandwidth in space. The signal to background ratio varies roughly like the inverse of the bandwidth in time and space. We have also compared the noise background with the theoretical shot noise background calculated by Monte Carlo simulation. The experimental and Monte Carlo noise background agree very well together

Experimental study of z resolution in acousto-optical coherence tomography using random phase jumps on ultrasound and light

Acousto-Optical Coherence Tomography (AOCT) is a variant of Acousto Optic Imaging (also called Ultrasound modulated Optical Tomography) that makes possible to get resolution along the ultrasound propagation axis $z$. We present here new AOCT experimental results, and we study how the $z$ resolution depends on time step between phase jumps $T_\phi$, or on the correlation length $\Delta z$. By working at low resolution, we perform a quantitative comparison of the $z$ measurements with the theoretical Point Spread Function (PSF). We present also images recorded with different $z$ resolution, and we qualitatively show how the image quality varies with $T_\phi$, or $\Delta z$

Two-step distortion-free reconstruction scheme for holographic microscopy

We propose a three-dimensional holographic reconstruction procedure applicable with no a priori knowledge about the recording conditions enabling distortion-free three-dimensional object reconstruction

Signal and Noise scaling factors in digital holography

An experimental study on how reconstructed image signal and noise scale with acquisition and reconstruction parameters is proposed. Monte-carlo simulation is performed to emphasize that the measured noise is shot-noise

Effect of the Photon's Brownian Doppler Shift on the Weak-Localization Coherent-Backscattering Cone

We report the first observation of the dependence of the coherent-backscattering (CBS) enhanced cone with the frequency of the backscattered photon. The experiment is performed on a diffusing liquid suspension and the Doppler broadening of light is induced by the Brownian motion of the scatterers. Heterodyne detection on a CCD camera is used to measure the complex field (i.e., the hologram) of the light that is backscattered at a given frequency. The analysis of the holograms yield the frequency and the propagation direction of the backscattered photons. We observe that the angular CBS cone becomes more narrow in the tail of the Brownian spectrum. The experimental results are in good agreement with a simple theoretical model

Imagerie acousto-optique de milieux diffusants épais par détection photoréfractive

Using conventionnal optical imaging techniques does not allow to image a thick scattering medium because of the weakness of the ballistic transmitted photons. Acousto-optical imaging of the scattered light enables to get images of the local optical absorption with a millimetric transversal resolution. It is based on a focused acoustical beam, which generates a modulation of the phase of the scattered field thanks to the acousto-optical interaction. Coherent detections of the acousto-optical signal are often limited by the weakness of their optical etendue or of their bandwidth. Our setup is based on a heterodyne photorefractive detection through a dynamical holography at 1064nm built within a bulk GaAs photorefractive crystal. This technique allows to get both a good optical etendue and a bandwith compatible with the decorrelation of the biological media. Besides so as to get a millimetric resolution along the ultrasonic propagation axis, we have developped a technique of random phase modulation of both the acoustical and optical beams which creates a zone of controlled temporal coherence within the scattering medium. The implementation of these techniques enabled to image tissues-like phantoms of 3cm depth with millimetric resolutions.Imager un milieu diffusant épais par voie optique interdit l'utilisation des techniques d'imagerie optique conventionnelles du fait de la faiblesse du signal balistique. L'imagerie acousto-optique de la lumière diffusée permet d'obtenir une imagerie de l'absorption optique locale avec une résolution transverse millimétrique. Elle s'appuie sur un faisceau acoustique focalisé qui engendre par interaction acousto-optique une modulation de la phase du champ lumineux diffusé. Les détections cohérentes du signal optique modulé acoustiquement se trouvent cependant souvent limitées par la faiblesse de leur étendue optique ou de leur bande passante. Notre expérimentation s'appuie sur une détection photoréfractive hétérodyne reposant sur une holographie dynamique à 1064nm construite autour d'un cristal photoréfractif massif d'Arsenure de Gallium, pour pallier à ces deux limitations. Par ailleurs, pour obtenir une résolution millimétrique selon l'axe de propagation ultrasonore, nous avons développé une technique de modulation aléatoire de phase du faisceau acoustique et du faisceau lumineux qui crée une zone de cohérence temporelle contrôlée au sein même du milieu diffusant. La mise en oeuvre de ces techniques ont permis d'imager avec des résolutions millimétriques des échantillons diffusants de caractéristiques proches des tissus biologiques sur une épaisseur de 3cm

Imagerie acousto-optique de milieux diffusants épais par détection photoréfractive

Imager un milieu diffusant épais par voie optique interdit l utilisation des techniques d imagerie optique conventionnelles du fait de la faiblesse du signal balistique. L imagerie acousto-optique de la lumière diffusée permet d obtenir une imagerie de l absorption optique locale avec une résolution transverse millimétrique. Elle s appuie sur un faisceau acoustique focalisé qui engendre par interaction acousto-optique une modulation de la phase du champ lumineux diffusé. Les détections cohérentes du signal optique modulé acoustiquement se trouvent cependant souvent limitées par la faiblesse de leur étendue optique ou de leur bande passante. Notre expérimentation s appuie sur une détection photoréfractive hétérodyne reposant sur une holographie dynamique à 1064nm construite autour d un cristal photoréfractif massif d Arsenure de Gallium, pour pallier à ces deux limitations. Par ailleurs, pour obtenir une résolution millimétrique selon l axe de propagation ultrasonore, nous avons développé une technique de modulation aléatoire de phase du faisceau acoustique et du faisceau lumineux qui crée une zone de cohérence temporelle contrôlée au sein même du milieu diffusant. La mise en oeuvre de ces techniques ont permis d imager avec des résolutions millimétriques des échantillons diffusants de caractéristiques proches des tissus biologiques sur une épaisseur de 3cm.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Media 2: Phase-sensitive narrowband heterodyne holography

Originally published in Applied Optics on 01 March 2014 (ao-53-7-1252