Abstract

We present a new quantitative phase microscopy technique, confocal diffraction phase microscopy, which provides quantitative phase measurements from localized sites on a sample with high sensitivity. The technique combines common-path interferometry with confocal microscopy in a transmission geometry. The capability of the technique for static imaging is demonstrated by imaging polystyrene microspheres and live HT29 cells, while dynamic imaging is demonstrated by quantifying the nanometer scale fluctuations of red blood cell membranes.

© 2008 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. Depeursinge, in Digital Holography and Three-Dimensional Display, T.-C.Poon, ed. (Springer, 2006), p. 98.
  2. G. Popescu, L. P. Deflores, J. C. Vaughan, K. Badizadegan, H. Iwai, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 29, 2503 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 775 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. T. Ikeda, G. Popescu, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 30, 1165 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
    [CrossRef]
  6. G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. N. Lue, J. Bewersdorf, M. D. Lessard, K. Badizadegan, K. Dasari, M. S. Feld, and G. Popescu, Opt. Lett. 32, 3522 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. T. Wilson and B. R. Masters, Appl. Opt. 33, 565 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. C. Yang and J. Mertz, Opt. Lett. 28, 224 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
    [CrossRef]
  13. A. M. Zysk, J. J. Reynolds, D. L. Marks, P. S. Carney, and S. A. Boppart, Opt. Lett. 28, 701 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. F. Charriere, A. Marian, F. Montfort, J. Kuehn, T. Colomb, E. Cuche, P. Marquet, and C. Depeursinge, Opt. Lett. 31, 178 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]

2007

G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
[CrossRef]

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, J. Bewersdorf, M. D. Lessard, K. Badizadegan, K. Dasari, M. S. Feld, and G. Popescu, Opt. Lett. 32, 3522 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006

2005

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

T. Ikeda, G. Popescu, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 30, 1165 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004

2003

1994

1990

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Badizadegan, K.

N. Lue, J. Bewersdorf, M. D. Lessard, K. Badizadegan, K. Dasari, M. S. Feld, and G. Popescu, Opt. Lett. 32, 3522 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
[CrossRef]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

G. Popescu, L. P. Deflores, J. C. Vaughan, K. Badizadegan, H. Iwai, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 29, 2503 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Best, C. A.

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

Best-Popescu, C. A.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Bewersdorf, J.

Boppart, S. A.

Carney, P. S.

Charriere, F.

Choi, W.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Colomb, T.

Cuche, E.

Dasari, K.

Dasari, R. R.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
[CrossRef]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 775 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

T. Ikeda, G. Popescu, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 30, 1165 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, L. P. Deflores, J. C. Vaughan, K. Badizadegan, H. Iwai, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 29, 2503 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Deflores, L. P.

Denk, W.

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Depeursinge, C.

F. Charriere, A. Marian, F. Montfort, J. Kuehn, T. Colomb, E. Cuche, P. Marquet, and C. Depeursinge, Opt. Lett. 31, 178 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

C. Depeursinge, in Digital Holography and Three-Dimensional Display, T.-C.Poon, ed. (Springer, 2006), p. 98.

Fang-Yen, C.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Feld, M. S.

N. Lue, J. Bewersdorf, M. D. Lessard, K. Badizadegan, K. Dasari, M. S. Feld, and G. Popescu, Opt. Lett. 32, 3522 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
[CrossRef]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 775 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

T. Ikeda, G. Popescu, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 30, 1165 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, L. P. Deflores, J. C. Vaughan, K. Badizadegan, H. Iwai, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 29, 2503 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Goda, K.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ikeda, T.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 775 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

T. Ikeda, G. Popescu, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 30, 1165 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

Iwai, H.

Kuehn, J.

Laposata, M.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Lessard, M. D.

Lue, N.

Manley, S.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Marian, A.

Marks, D. L.

Marquet, P.

Masters, B. R.

Mertz, J.

Montfort, F.

Oh, S.

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Park, Y. K.

G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
[CrossRef]

Popescu, G.

Reynolds, J. J.

Strickler, J. H.

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Vaughan, J. C.

Webb, W. W.

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Wilson, T.

Yang, C.

Zysk, A. M.

Appl. Opt.

J. Biomed. Opt.

G. Popescu, T. Ikeda, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, and M. S. Feld, J. Biomed. Opt. 10, 060503 (2005).
[CrossRef]

Nat. Methods

W. Choi, C. Fang-Yen, K. Badizadegan, S. Oh, N. Lue, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Nat. Methods 4, 717 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett.

Phys. Rev. E

G. Popescu, Y. K. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76, 031902 (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Science

W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Webb, Science 248, 73 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Other

C. Depeursinge, in Digital Holography and Three-Dimensional Display, T.-C.Poon, ed. (Springer, 2006), p. 98.

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

(a) cDPM experimental setup. The inset shows the reference (R) and sample (S) beams at the sample plane. Owing to the cylindrical optics involved, we present the optical diagram in two orthogonal axes: (b) imaging cross section and (c) Fourier cross section. In all figures, G1 is a 500 LPI grating; C1, C2, and C3 are cylindrical lenses; L1 is a high-NA oil immersion condenser lens; L2 is a 100 × objective lens; L3 is a tube lens; and L4 is an imaging lens. M1 is a video camera; M2 is a CCD.

Fig. 2
Fig. 2

cDPM image of a 10 μ m bead in 1.57, refractive index oil. (a) Fourier interferogram ( k x y ) . (b) Fourier quantitative phase images of the bead ( k x y ) . (c) The line imaging field in ( x y ) after inverse 1D Fourier transform. (d) Quantitative x y phase image of the bead. (e) Schematics of the focus shift that explains the elongation along z, as described in text. (f) Quantitative x y phase cross section.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Quantitative x y phase image of a HT29 cell. (b) Quantitative x y phase image of the HT29 cell in (a). (c) Line quantitative phase data from a red blood cell over time. (d) Histogram of measured RBC fluctuations (large curve) and noise (small curve) obtained by using the respective binary masks, as indicated in the insets. The corresponding standard deviations are also shown. All color bars show phase shifts in rad.

Equations (1)

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

Δ ϕ ( y , z ) = k y y 2 2 z ( 1 + z ε ) .

Metrics