Abstract

We present spectroscopic diffraction phase microscopy (sDPM) as a method capable of measuring quantitative phase images at multiple wavelengths. sDPM uses a spatial light modulator at the Fourier plane of a lens to select desired wavelengths from the white light illumination of a grating. The quantitative phase information at different wavelengths allows us to decouple the refractive index and the thickness from the phase shift induced by biological cells. We demonstrate the capability of the setup by dispersion measurements of microsphere beads and RBCs.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. Popescu, Quantitative Phase Imaging of Cells and Tissues (McGraw-Hill, 2011).
  2. E. Cuche, F. Bevilacqua, and C. Depeursinge, Opt. Lett. 24, 291 (1999).
    [CrossRef]
  3. A. Barty, K. A. Nugent, D. Paganin, and A. Roberts, Opt. Lett. 23, 817 (1998).
    [CrossRef]
  4. R. Barer, J. Opt. Soc. Am. 47, 545 (1957).
    [CrossRef]
  5. Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
    [CrossRef]
  6. Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
    [CrossRef]
  7. G. Popescu, Y. Park, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. E 76 (2007).
    [CrossRef]
  8. G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
    [CrossRef]
  9. N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
    [CrossRef]
  10. B. Rappaz, A. Barbul, Y. Emery, R. Korenstein, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Cytometry Part A 73A, 895 (2008).
    [CrossRef]
  11. B. Rappaz, F. Charriere, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Opt. Lett. 33, 744 (2008).
    [CrossRef]
  12. B. Rappaz, P. Marquet, E. Cuche, Y. Emery, C. Depeursinge, and P. J. Magistretti, Opt. Express 13, 9361 (2005).
    [CrossRef]
  13. Y. Park, T. Yamauchi, W. Choi, R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 34, 3668 (2009).
    [CrossRef]
  14. D. Fu, W. Choi, Y. J. Sung, Z. Yaqoob, R. R. Dasari, and M. Feld, Biomed. Opt. Express 1, 347 (2010).
    [CrossRef]
  15. M. Mir, K. Tangella, and G. Popescu, Biomed. Opt. Express 2, 3259 (2011).
    [CrossRef]
  16. H. F. Ding and G. Popescu, Opt. Express 18, 1569 (2010).
    [CrossRef]
  17. http://refractiveindex.info/ .
  18. B. Bhaduri, H. Pham, M. Mir, and G. Popescu, Opt. Lett. 37, 1094 (2012).
    [CrossRef]
  19. T. Ikeda, G. Popescu, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 30, 1165 (2005).
    [CrossRef]
  20. M. Friebel and M. Meinke, Appl. Opt. 45, 2838 (2006).
    [CrossRef]

2012 (1)

2011 (2)

M. Mir, K. Tangella, and G. Popescu, Biomed. Opt. Express 2, 3259 (2011).
[CrossRef]

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

2010 (4)

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

H. F. Ding and G. Popescu, Opt. Express 18, 1569 (2010).
[CrossRef]

D. Fu, W. Choi, Y. J. Sung, Z. Yaqoob, R. R. Dasari, and M. Feld, Biomed. Opt. Express 1, 347 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

2008 (3)

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

B. Rappaz, A. Barbul, Y. Emery, R. Korenstein, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Cytometry Part A 73A, 895 (2008).
[CrossRef]

B. Rappaz, F. Charriere, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Opt. Lett. 33, 744 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

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

2006 (1)

2005 (2)

1999 (1)

1998 (1)

1957 (1)

Auth, T.

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Badizadegan, K.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

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

Barbul, A.

B. Rappaz, A. Barbul, Y. Emery, R. Korenstein, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Cytometry Part A 73A, 895 (2008).
[CrossRef]

Barer, R.

Barty, A.

Best, C. A.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Best-Popescu, C.

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

Bevilacqua, F.

Bhaduri, B.

Charriere, F.

Choi, W.

Cuche, E.

Dasari, R.

Dasari, R. R.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

D. Fu, W. Choi, Y. J. Sung, Z. Yaqoob, R. R. Dasari, and M. Feld, Biomed. Opt. Express 1, 347 (2010).
[CrossRef]

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

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

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

Deflores, L.

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

Depeursinge, C.

Ding, H. F.

Emery, Y.

B. Rappaz, A. Barbul, Y. Emery, R. Korenstein, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Cytometry Part A 73A, 895 (2008).
[CrossRef]

B. Rappaz, P. Marquet, E. Cuche, Y. Emery, C. Depeursinge, and P. J. Magistretti, Opt. Express 13, 9361 (2005).
[CrossRef]

Feld, M.

Feld, M. S.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Y. Park, T. Yamauchi, W. Choi, R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 34, 3668 (2009).
[CrossRef]

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

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

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

Friebel, M.

Fu, D.

Gov, N. S.

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Henle, M. L.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Ikeda, T.

Korenstein, R.

B. Rappaz, A. Barbul, Y. Emery, R. Korenstein, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Cytometry Part A 73A, 895 (2008).
[CrossRef]

Kuriabova, T.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Levine, A. J.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Lue, N.

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

Magistretti, P. J.

Marquet, P.

Meinke, M.

Mir, M.

Nugent, K. A.

Paganin, D.

Park, Y.

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Y. Park, T. Yamauchi, W. Choi, R. Dasari, and M. S. Feld, Opt. Lett. 34, 3668 (2009).
[CrossRef]

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

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

Park, Y. K.

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Pham, H.

Popescu, G.

B. Bhaduri, H. Pham, M. Mir, and G. Popescu, Opt. Lett. 37, 1094 (2012).
[CrossRef]

M. Mir, K. Tangella, and G. Popescu, Biomed. Opt. Express 2, 3259 (2011).
[CrossRef]

H. F. Ding and G. Popescu, Opt. Express 18, 1569 (2010).
[CrossRef]

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

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

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

G. Popescu, Quantitative Phase Imaging of Cells and Tissues (McGraw-Hill, 2011).

Rappaz, B.

Roberts, A.

Safran, S. A.

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Satterwhite, L. L.

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

Shaked, N. T.

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

Sung, Y. J.

Suresh, S.

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Tangella, K.

Telen, M. J.

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

Truskey, G. A.

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

Wax, A.

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

Yamauchi, T.

Yaqoob, Z.

Am. J. Physiol. Cell Physiol. (1)

G. Popescu, Y. Park, N. Lue, C. Best-Popescu, L. Deflores, R. R. Dasari, M. S. Feld, and K. Badizadegan, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 295, C538 (2008).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Biomed. Opt. Express (2)

Cytometry Part A (1)

B. Rappaz, A. Barbul, Y. Emery, R. Korenstein, C. Depeursinge, P. J. Magistretti, and P. Marquet, Cytometry Part A 73A, 895 (2008).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

N. T. Shaked, L. L. Satterwhite, M. J. Telen, G. A. Truskey, and A. Wax, J. Biomed. Opt. 16, 895 (2011).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. (1)

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (6)

Phys. Rev. E (1)

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

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2)

Y. K. Park, C. A. Best, T. Auth, N. S. Gov, S. A. Safran, G. Popescu, S. Suresh, and M. S. Feld, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 1289 (2010).
[CrossRef]

Y. Park, C. A. Best, K. Badizadegan, R. R. Dasari, M. S. Feld, T. Kuriabova, M. L. Henle, A. J. Levine, and G. Popescu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, 6731 (2010).
[CrossRef]

Other (2)

G. Popescu, Quantitative Phase Imaging of Cells and Tissues (McGraw-Hill, 2011).

http://refractiveindex.info/ .

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.

Experimental setup of sDPM.

Fig. 2.
Fig. 2.

a, image captured at the Fourier plane. b, scanning filters on the SLM. c, first order diffraction spectrum (outer envelope) and spectra at different wavelengths.

Fig. 3.
Fig. 3.

Dispersion relation of 3 μm beads in Zeiss immersion oil. a–d, reconstructed phase maps at different wavelengths. e, measured (dashed curve) and expected (solid curve) dispersion curves. The error bars indicate standard deviation (N=10).

Fig. 4.
Fig. 4.

Dispersion of RBCs. a–d, reconstructed phase maps in radians at different wavelengths. e, dispersion relation. Expected phase shift of 2 μm height RBC (solid curve) and average of normalized phase shifts of measured RBC (dashed curve). The error bar indicates the standard deviation (N=10).

Equations (2)

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

Δϕ(x,y;λ)=k0Δn(λ)h(x,y),
Δϕ(x,y;λ)=k0[β(λ)C(x,y)+Δnws(λ)]h(x,y),

Metrics