Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Таким образом, как для освещенных, так и для самосветящихся объектов разрешающая сила микроскопа зависит от числовой апертуры А. Для повышения разрешающей способности микроскопа выгодно применение более коротких волн (ультрафиолет) и увеличение числовой апертуры. Для послед- ,аьс ней цели служит применение им- ерФр' мерсионних систем, в которых 1 пространство межлу предметом ! и объективом заполняется сре- по дой с показателем преломления 1 и > 1.
Подбирая и около 1,5 Х7р (кедровое масло), мы не толье31 ко увеличиваем числовую апертуру, но и получаем ряд других преимуществ (см. 5 92). В объРис. 15.4. Значение косых пучков ективах современных микроскодля повышения разрешающей способ- пов числовая апертура достигает ности микроскопа значительных величин. Для «сухих» систем п = 1 и ь1пи практически доходит до 0,95, так что возможно разрешение деталей, имеющих размеры около половины длины световой волны.
С иммерсионными системами достигается разрешение в полтора раза большее. Метод Аббе не только позволяет вывести значение разрешающей способности для освещенных обьектов, но и показывает, что результаты наблюдения в микроскоп могут сильно зависеть от условий на- 1 Л. ХЧ. ДИФНАКЦИОН11АЯ ТЕОРИЯ И11СТГУМЕ11ТОВ блюдения.
Выводы Аббе получают особое практическое значение, так как Л.И. Мандельштаму удалось показать, что они сохраняют свою силу не только для освещенных (когерентность), но и для самосветящихся объектов. Рассматривая дифракцию на выходном зрачке объектива, Мандельштам показал, что от размеров и формы зрачка или от внесения каких-либо новых ограничительных диафрагм зависят те искажения, которые иногда обнаруживает изображение по сравнени1о с очертаниями объекта, совершенно так же, как это имеет место в теории Аббе для освещенных объектов.
Мандельштам установил, что при грубых по сравнению с длиной волны структурах самоснетиящиеся объекты вполне эквивалентны освещенным равномерно со всех сторон. Опыты с накаленными и освещенными сетками в качестве объектов, выполненные Л.И. Мандельштамом, подтверждают эти заключения. Распространение указанных выводов на самосветящиеся объекты (отсутствие когерентности) особенно важно потому, что и при освещенном об ьекте далеко не всегда имеет место полная когерентность.
Точки освещенного объекта посылают вполне когерентный свет только в том случае, если угловые размеры источника настолько малы, что угол, под которым он виден из места расположения предмета, мал по сравнению с Л/11, где Л вЂ” длина световой волны, а 11 — расстояние между освещаемыми точками объекта. Действительно, в этом случае волны, доходящие от разных точек источника до освещаемых точек, имеют различие в фазах, малое по сравнению с 2л (см. упражнение 129), так что интерференция волн, рассеиваемых нашими точками, даст практически один и тот же эффект, от какой бы точки источника ни пришла освещающая волна (когерентность). Наоборот, когда угловые размеры источника велики по сравнению с Л/д, то свет, приходящий к освещаемым точкам от разных точек источника, будет иметь всевозможные разности фаз от нуля до 2я, и, следовательно, рассеянные нашими точками волны могут давать самые разнообразные интерференционные картины (некогерентность).
При промежуточных размерах источника когерентность будет осуществляться в большей или меньшей мере. В реальных условиях освещение объекта в микроскопе производится широкими пучками лучей, и полная когерентность, как правило, не имеет места. Сказанное подтверждается расчетами, проведенными в ~ 22, согласно которым размер области когерентности в плоскости освещаемого объекта есть 21 „,, = Л/В, где 0 — угловые размеры источника.
Ксли 21к„, меньше минимально разрешаемого интервала д, то мы имеем дело с некогерентным освещением; в противоположном случае 21 „,, = Л/д » д разрешаемое расстояние находится внутри области когерентности, и освещение следует считать когерентным. Следовательно, и при таком способе рассуждений мы приходим к сделанным выше заключениям. Вопрос о роли частичной когерентности освещения объектов в микроскопе был обстоятельно исследован Д.С. Рождественским '), кото- ') Д.
С. Р о ж д е с т в о н с к и й. Избранныо труды.— М.: Наука, 1964, с. 197. ГНОМВТРИЧВСКАЯ ОПТИКА рый дал количественное описание явлений с помощью фактора, называемого степенью пространственной когерентности у12 (см. ~ 22), крайние значения которого — нуль и единица. Рассмотрев с указанной точки зрения вопрос о рациональном освещении при микроскопических наблюдениях, Рождественский разъяснил этот важный вопрос и даже осуществил осветитель, дающий при малой мощности источника наивыгоднейшие условия ярко освещенного поля зрения при самых сильных объективах.
Прекрасный пример значения правильного истолкования результатов микроскопического наблюдения приводит Я.Е. Элленгорн ). На ©®®Ф Рис. 15,5. Влияние характера освещения на изображение в микроскопе рис. 15.5 изображены четыре микрозарисовки одного и того же препарата (панцирь диатомовой водоросли) при различных способах освещения. Над каждой зарисовкой показано, какой вид имеет световой пучок, проходящий через фокальную плоскость объектива. Зарисовка 1 — проходит только центральный максимум О, панцирь кажется гладким, без деталей; з — центральный О и один боковой дифракционный максимум а — панцирь имеет продольную структуру; 3 — центральный О и один верхний дифракционный максимум б — панцирь имеет ') Я.
Е. Э л л е и г о р н. Ботанический журнал, 1940. 1 Л. ХУ. ДИФ1'АКЦИОН11АЯ ТЕОРИЯ И11СТРУМЕ11ТОВ 327 поперечную структуру„~ — центральный 0 и по одному максимуму а и б панцирь имеет структуру в виде сетки. Таким образом, очевидно, что структура панциря напоминает сетку, но в зависимости от метода наблюдения может казаться гладкой или снабженной продольными или поперечными полосами.
Между тем раныпе ботаники полагали, что они имеют дело с различными разновидностями диатомовой водоросли. я Я8. Электронный микроскоп Так как числовую апертуру нельзя значительно повысить, то единственный способ увеличения разрешающей способности микроскопа состоит в переходе к более коротким волнам. Применение ультрафиолетовых лучей, требующее изготовления оптики микроскопа из соответствующих материалов (кварц, флюорит) или использования отражательной оптики, ограничено длинами волн 230 200 нм, ибо болыпинство объектов, подлежащих наблюденйпо, сильно поглощает короткий ультрафиолет. Таким образом, на этом пути возможно увеличение разрешающей силы примерно в два раза, что и осуществлено в современных ультрафиолетовых микроскопах, причем, конечно, необходимо применять фотографический метод наблюдения.
Использование ультрафиолета дает еще одно важное преимущество. Многие объекты, особенно биологические, во всех своих частях одинаково прозрачны для видимого света, вследствие чего их наблюдение в видимом свете затруднено. Но для ультрафиолетового света обнаруживается значительное различие в показателе поглощения разных частей объекта, так что соответствующие микрофотографии оказываются достаточно контрастными. Е.М. Брумберг разработал весьма остроумную систему, позволяющую превосходно использовать различие в поглощении разных длин волн.
Снимая препарат в трех группах длин волн и рассматривая все три фотографии одновременно в специальном приборе, снабженном тремя светофильтрами, соответственно передаютцими различие в этих трех группах длин волн, мь1 получаем по методу Брумберга очень богатое деталями изображение с разрешением, соответствующим короткой длине волны, примененной при фотографировании. Для дальнейшего увеличения разрешающей способности микроскопа следовало бы перейти к рентгеновским лучам. Но изготовление соответствующей оптики для получения изображения в рентгеновских лучах встречает весьма большие затруднения.
Однако развитие современной теоретической физики привело к мысли, что распространение потока любых материальных частиц управляется волновыми законами, так же как и в случае светового потока. Это значит, что строгое решение задачи о движении частиц под действием сил может быть получено лишь путем рассмотрения распространения соответствующих волн. Не останавливаясь на природе таких волн, укажем лишь, что длина их связана с массой т, и скоростью и движущихся частиц формулой Л = Ь/пгг (де Бройль, 1923 г.), ГЕОМЕТНИЧЕСКАЯ ОПТИКА где Ь = 6,624. 10 з4 Дж.с — постоянная Планка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
