Abstract

We present what we believe to be the first experimental demonstration of a novel coherent lensless imaging technique: holography with extended reference by autocorrelation linear differential operator. Upon taking derivatives of the field autocorrelation this technique allows the direct reconstruction of an object complex-valued transmissivity from a measurement of its Fraunhofer diffraction pattern. We show reconstruction examples using a parallelogram, a thin slit, and a triangle as extended references.

© 2008 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Guizar-Sicairos and J. R. Fienup, Opt. Express 15, 17592 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. E. N. Leith and J. Upatnieks, J. Opt. Soc. Am. 52, 1123 (1962).
    [CrossRef]
  3. J. R. Fienup, Appl. Opt. 21, 2758 (1982).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
    [CrossRef]
  5. J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 3rd ed. (Roberts & Company, 2005).
  6. W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
    [CrossRef]
  7. S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
    [CrossRef]
  8. S. G. Podorov, K. M. Pavlov, and D. M. Paganin, Opt. Express 15, 9954 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]

2008 (1)

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

2006 (1)

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

1999 (1)

J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
[CrossRef]

1982 (1)

1962 (1)

Bajt, S.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Barty, A.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Bogan, M. J.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Boutet, S.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Chapman, H. N.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Charalambous, P.

J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
[CrossRef]

Chen, K.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Cui, C.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Eberhardt, W.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Eisebitt, S.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Fienup, J. R.

Frank, M.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Goodman, J. W.

J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 3rd ed. (Roberts & Company, 2005).

Guizar-Sicairos, M.

Günther, Ch.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Hajdu, J.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Hau-riege, S. P.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Hellwig, O.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Howells, M. R.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Kirz, J.

J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
[CrossRef]

Lee, J. Y.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Leith, E. N.

Lüning, J.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Marchesini, S.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

McNulty, I.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Miao, J.

J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
[CrossRef]

Paganin, D. M.

Pavlov, K. M.

Podorov, S. G.

Rick, R.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Sakdinawat, A. E.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Sayre, D.

J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
[CrossRef]

Scherz, A.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Schlotter, W. F.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Seibert, M. M.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Shaevitz, J. W.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Shapiro, D. A.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Spence, J. C. H.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Stöhr, J.

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

Szöke, A.

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Upatnieks, J.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

W. F. Schlotter, R. Rick, K. Chen, A. Scherz, J. Stöhr, J. Lüning, S. Eisebitt, Ch. Günther, W. Eberhardt, O. Hellwig, and I. McNulty, Appl. Phys. Lett. 89, 163112 (2006).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. (1)

Nat. Photonics (1)

S. Marchesini, S. Boutet, A. E. Sakdinawat, M. J. Bogan, S. Bajt, A. Barty, H. N. Chapman, M. Frank, S. P. Hau-riege, A. Szöke, C. Cui, D. A. Shapiro, M. R. Howells, J. C. H. Spence, J. W. Shaevitz, J. Y. Lee, J. Hajdu, and M. M. Seibert, Nat. Photonics 2, 560 (2008).
[CrossRef]

Nature (1)

J. Miao, P. Charalambous, J. Kirz, and D. Sayre, Nature 400, 342 (1999).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Other (1)

J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 3rd ed. (Roberts & Company, 2005).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Amplitude of object within a parallelogram aperture. (b) 1024 × 1024 measured intensity pattern. (c) Product of (b) and ( u α ̂ ) ( u β ̂ ) . (d) IFT of (c). (e) 250 × 250   pixel inset of (d). Owing to their high dynamic range, the tenth and fifth roots are shown in (b) and (c), respectively. For better visualization we show in (d) a 700 × 700 inset of the full 1024 × 1024 array and saturate the brighter contributions near the center of the array.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Amplitude of object with a thin slit. (b) Measured intensity pattern. (c) Product of (b) and i 2 π v . (d) IFT of (c). (e) Inset of (d) showing upper reconstruction.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Amplitude of object with a triangle reference. (b) Measured intensity pattern. (c) Product of (b) and ( u α ̂ ) ( u β ̂ ) to obtain a reconstruction from the lower-left corner of the triangle. (d) IFT of (c). (e) Inset of (d).

Fig. 4
Fig. 4

Product of intensity pattern [Fig. 3b] and polynomial to obtain a reconstruction from the (a) upper and (b) lower-right corners of the triangle. (c) and (d) show 420 × 900 insets of the IFTs of (a) and (b), respectively.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

4 π 2 sin ( β α ) F 1 { ( u α ̂ ) ( u β ̂ ) I ( u ) } ,

Metrics