Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Если объекты довольно значительны (больше Лтт2), то в объектив попадают одновременно дифракционньте Рис. 15.9. Р>азррэ сирии спектРы Разных ПОРЯ Цков и мы Уви Цим ального конденсора для изображение, имеющее форму объекта. Есосу ествлрния мето, а ли же значительная часть дифрагировавших пучков не попадает в объектив, то может наблюдаться изображение, заметно отличное по форме от объекта, или даже просто светлая точка на черном фоне, не дающая никакого представления о форме объекта. Подобные конденсоры разных систем (параболоид-конденсор, кардиоид-конденсор) находят широкое применение в микроскопии.
Об усовершенствовании ультрамикроскопического метода наблюдения говорилось в 3 45. Описанные микроскопические методы могут быть весьма полезными для таких обьектов, которые выделяются на фоне всего поля зрения вследствие своей способности иначе поглощать свет, чем окружающая среда (абсорбционные структуры). В микроскопической же практике (например, в биологии) очень распространено наблюдение обьектов, отличающихся от окружающей среды главньпл образом по своему показателю преломления (рефракционные структуры). Этот метод заслуживает специального рассмотрения. Как уже указывалось в 3 48, рефракционные структуры, вносятттие изменение не в амплитуду, а в фазу проходящей волны, дают прекрасно выраженную дифракцию (например, фазовые дифракционные решетки).
Однако такие структуры нельзя непосредственно рассматривать или сфотографировать, ибо наши приемники реагируют не на фазу, а на амплитуду (интенсивность), которая остается неизменной при прохождении через разные участки рефракциспшой структуры. Может показаться, что этот результат опровергает пригодность метода рассмотрения Аббе: при одинаковых первичных изображениях (спектрах) мы получаем совершенно различные вторичные изображе- 1 Л. ХЪ'.
ДИФ1'АКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ИНСТРУМЕНТОВ 333 ння тинка денсор 1нк (диафрагма конденсора) ния. Затруднение объясняется просто: дифракционные спектры тех и других структур могут не отличаться по амплитудам, но фаза нулевого спектра в случае рефракционных структур отличается на я/2 от фазы спектров остальных порядков. Это и приводит к различию во вторичных изображениях, где происходит суммирование всех р! Е спектров. Если, однако, изменить Плоскость изображе фазу нулевого спектра на х/2, то мы устраним различие между тем, что дают абсорбционные и рефракционные структуры, и сможем увидеть эти последние. Те места структуры, которые дают большее изменение в фазе, можно сделать темными или светлыми в зависимости от того, будет ли добавочная разность фазы в нулевом ), ' .1 спектре равна +т/2 или — к/2 .
Фазовая Следуюптие элементарные рас- "3,$ влас суждения позволяют понять различие в фазе между прямым светом 1 (нулевой максимум) и рассеянным (свет дифракции остальных '- Обьектнв порядков). Представим себе объект в виде однородной прозрачной среды, отдельные участки которой, будучи также прозрачными, слегка отличаются по показателю преломления (рефракционная структура). Кон Объект освещен с помощьк> кон- и сточ1 денсора параллельным пучком света (рис.
15.10). Если бы различия в показателе преломления участка Рис. 15,10, Схема наблюдения рефобъекта и окружающей среды не ракцнонной структуры было, то свет сквозь препарат прошел бы без отклонения, давая неотклоненную волну (Р). При наличии указанного различия в показателе преломления часть света испытает рассеяние (дифракцию), давая отклоненную волну Р, а большая часть Я пройдет по первоначальному направлению (спектр нулевого порядка), но испытает по сравнению с волной Р некоторое смещение по фазе, например запаздывание, если показатель преломления этого участка болыпе, чем показатель преломления окружающей среды.
График на рис. 15.11 показывает этот небольшой сдвиг фазы между неотклоненной волной Р и «запоздавшейа волной Я. Разность обеих волн и представляет собой дифрагировавшую волну В. Так как Р и Я близки по амплитуде и немного отличак1тся по фазе, то, как легко видеть из графика или убедиться расчетом (см. упражнение 123),. волна О будет иметь небольшую амплитуду и смешена по фазе на т~-/2 (на четверть волны) по отношению к Я (а следовательно, и к Р). ГеОме"1'вическАя ОптикА В обычном микроскопе в построении изображения участвуют и Я, и .О, давая в совокупности волну Р, не отличающуюся от того, что дают места, соседние со структурой (ибо предполагается, что абсорбция отсутствует).
Таким образом, обычный микроскоп не позволяет отличать разные участки рефракционной структуры. Задержав Я, мы получим микроскоп с темным полем, в котором структура уже может наблюдаться благодаря наличию дифрагировавшей волны 1з. Изменив же фазу Я на Ыг/2, мы заставим Я и 0 складываться так, чтобы дать усиРис. 15.11. Образование дифра- ление по сравнению с Р (если фазы гировавшей волны 1з при наблю- Я и 0 уравниваются) или ослабледении рефракционной структуры ние по сравнению с Р (если фазы Я и О делаются противоположными), т.е. получаем более ноьппраспьное изобраэкение, светлое или темное на окружающем поле (рис.
15.12 а, б). Так как Я и 0 сильно отличаются по амплитуде, то для получения наибольшего контраста полезно с помощью поглощающего фильтра ослабить интенсивность Я (а вместе с тем и Р) до интенсивности В. Рис. 15.12. Принцип метода фазового контраста: а — волны Я и 1З в фазе; 6 — волны Я и 1З противоположны по фазе Тогда интерференционный эффект даст заметное усиление или почти полное ослабление в изображении объекта на фоне, обусловленном уменьшенной интенсивностью волны Р. Поэтому пластинка, предназначенная для изменения фазы Я на +л /2 или — ~г/2, обычно одновременно используется и для соответствующего ослабления Я. Имея набор таких пластинок с разными коэффициентами ослабления, можно подобрать наивыгоднейшие практические условия наблюдения.
Место расположения такой осзабляюгцей и изменяющей фазу пластинки нетрудно видеть из рис. 15.10. Если препарат освещен параллельным 1 Л. ХЧ. ДИФ1'АКЦИОН11АЯ ТЕОРИЯ И11СТРУМЕ11ТОВ пучком, то неотклоненная волна (Я или Р) собирается в фокальной плоскости обьектива АА и далее расходится по всегй плоскости изображения ЕЕ. Дифрагировавшая (отклоненная) волна В дает изображение в плоскости ЕЕ, которая является сопряженной с плоскостью объекта по отношению к объективу микроскопа. В фокальной плоскости объектива АА и должна быть расположена фазовая пластинка, ослабляюгггая Я (и Р) и сообщающая добавочную разность фаз. Фазовая пластинка представляет собой пластинку из прозрачного материала, имеюгцую соответствующее утолщение или утоньшение на месте нулевого максимума.
Эта же часть пластинки покрывается поглощающим слоем с той или иной абсорбционной способностью. Нулевой максимум есть изображение источника света, образуемое конденсором и об ьективом. Обычно источником служит диафрагма, расположенная в фокальной плоскости конденсора. Форма выреза этой диафрагмы и определяет форму нулевого максимума, а следовательно, и форму утолщения (утоныпения) фазовой пластинки. Из ряда соображений она делается обычно в виде небольшого кольца.
Описанный метод улучпгения контрастности изображения прозрачных объектов получил название метода фазового контраста (Цернике, 1935 г.). Микроскопы, использующие метод фазового контраста, выпускаются промышленностью и широко применяются в биологических исследованиях. ~ 100. Дифракционные явления в снектрографах (хроматическая разрешающая сила) Очень большое значение имеют дифракционные явления в спектрографах. Если узкая щель аппарата освещена небольшим удаленным источником света (т.е. почти параллельным пучком), то на объектив коллиматора падает очень узкий пучок света. В таком случае работала бы очень небольшая часть объектива, что соответствовало бы очень малой разрешающей способности его и, следовательно, могло бы повести к нерезкому изображению щели на фотопластинке.
Однако па щели происходит дифракция света, ведущая к тому, что коллиматор заполняется светом в соответствии с размерами щели. При узкой щели апертура коллиматорного объектива должна быть достаточно велика для того, чтобы обьектив пропускал как центральный максимум дифракционной картины, так и достаточное число побочных максимумов; вследствие неизбежного дифрагмирования высших дифракционных максимумов изображение щели окажется более или менее расширенным, и притом тем больше. чем меньше апертура коллиматорного об ьектива. Обычно, однако, объективы спектрографа (и коллиматорный, и камерный) делаются большего размера, чем поперечное сечение призменной системы.
Поэтому главную роль в дифракционном расширении изображения щели играет ограничение, обусловливаемое призмой. С другой стороны, призменная система благодаря значительной дисперсии приводит к тому, что фронт. немонохроматической падающей плоской волны после прохождения призмы поворачивается для разных,члин волн на разный угол, при- ГЕОМЕТНИЧЕСКАЯ ОПТИКА водя к об кого спектра (Ньютон). Угловое расстояние м длинами волн, обусловленное дисперсией, х, пока дифракционное расширение изображе их достаточно полного перекрытия. Таким об ом случае накладывает ограничения на способность спектрального аппарата различать близкие длины волн, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
