Contents
1 Quantitative Phase Imaging: Principles and Applications . . . . . . . .
1
Chenfei Hu and Gabriel Popescu
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2 Physical Interpretation of Phase Imaging in Transmission
Versus Reflection Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3 Principles of Full-Field QPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.1 Off-axis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3.2 Phase-Shifting Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.1 Medical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.2 Cellular Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.3 Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Important Concepts in QPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 Effects of Spatial Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.2 Defining Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 Interferometric Scattering (iSCAT) Microscopy and Related
Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Richard W. Taylor and Vahid Sandoghdar
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 Historical Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Interferometric Scattering Microscopy (iSCAT) . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1 Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 Detection Sensitivity and Signal-to-Noise Ratio
(SNR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.3 Background Removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.4 Long Measurements: Indefinite Photostability . . . . . . . 39
2.3.5 Fast Measurements: No Saturation . . . . . . . . . . . . . . . 39
xi
1 Quantitative Phase Imaging: Principles and Applications . . . . . . . .
1
Chenfei Hu and Gabriel Popescu
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2 Physical Interpretation of Phase Imaging in Transmission
Versus Reflection Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3 Principles of Full-Field QPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.1 Off-axis Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3.2 Phase-Shifting Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.1 Medical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.2 Cellular Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.3 Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Important Concepts in QPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 Effects of Spatial Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.2 Defining Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6 Summary and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 Interferometric Scattering (iSCAT) Microscopy and Related
Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Richard W. Taylor and Vahid Sandoghdar
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 Historical Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Interferometric Scattering Microscopy (iSCAT) . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1 Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 Detection Sensitivity and Signal-to-Noise Ratio
(SNR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.3 Background Removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.4 Long Measurements: Indefinite Photostability . . . . . . . 39
2.3.5 Fast Measurements: No Saturation . . . . . . . . . . . . . . . 39
xi