Optical microscopy techniques based on structured illumination and single-pixel detection

Abstract

In this Thesis, we explore single-pixel microscopy to design and develop proof-of-principle experiments where the single-pixel detection strategy outperforms conventional optical array detection in wide-field microscopy. The ability of the single-pixel detection strategy to generate a spatially resolved image of an object hidden by arbitrary scattering media has been recently demonstrated. Strikingly, a sensor without spatial resolution is able to retrieve a high-resolution image of a sample hidden by a turbid media, a problem that cannot be solved with conventional cameras equipped with millions of pixels. Taking advantage of the simplicity of single-pixel collection systems we have developed an optical design for microscopy that allows dual operation, that is, the simultaneous image in transmission and reflection of the same area of the sample, without the need for calibration. In addition, the analogue to Fourier ptychography microscopy but using imaging techniques with single-pixel detection has been developed.

En esta Tesis, exploramos la técnica de microscopía con detectores sin resolución espacial para diseñar y desarrollar experimentos de prueba de concepto donde la estrategia de detección de un solo pixel supera la detección convencional con sensores pixelados típica de la microscopía de campo claro. Sorprendentemente, un sensor sin resolución espacial es capaz de recuperar una imagen de alta resolución de una muestra oculta por un medio turbio, un problema que no puede resolverse con cámaras convencionales equipadas con millones de píxeles. Aprovechando la simplicidad de los sistema de colección con detección puntual, hemos desarrollado un diseño óptico para microscopía que permite la operación dual, esto es, la imagen simultánea en transmisión y reflexión de la misma área de la muestra, sin necesidad de calibración. Además, se desarrolla el análogo a la microscopía con pticografía de Fourier pero empleando técnicas de imagen con detección de un solo píxel.