13.4.7. Методи фазового та інтерференційного контрасту

Метод фазового контрасту використовується для одержання зображень прозорих і безколірних об'єктів, не споетерігаємих за методом світлого поля. Метод заснований на тому, що навіть при малій різниці показників заломлення світла об'єкта і середовища світлова хвиля, яка пройшла крізь них, зазнає різні зміни за фазою і набуває, так званий, фазовий рельєф. Такі фазові зміни перетворюються у зміну яскравості (“амплітудний рельєф”) за допомогою фазової пластинки (фазового кільця), розміщеної поблизу заднього фокусу об'єктива. Промені, що пройшли через препарат, повністю проходять через фазове кільце, яке змінює їх фазу на /4. В той же час промені, розсіяні у препараті (відхилені), не попадають у фазове кільце і не одержують додаткового зсуву фази. Із врахуванням фазового зсуву в препараті різниця фаз між променями відхиленими і не відхиленими виявляється близькою до 0 або /2. Внаслідок інтерференції світла у площині зображення препарату вони помітно підсилюють або послаблюють один одного, створюючи контрастне зображення структури препарату, у якому розподіл яскравостей відтворює вказаний вище фазовий рельєф. В такий спосіб можна розділяти нерівності мікроструктури розміром 20...50Å, а при використанні спеціальних методів декорування - і більш менші.

Метод інтерференційного контрасту полягає у тому, що кожен промінь, який входить у мікроскоп, роздвоюється: один проходить крізь спостерігаєму частинку, а другий - повз неї. В окулярній частині мікроскопа обидва променя знову накладаються та інтерферують між собою. Результат інтерференції визначається різницею ходу променів , яка виражається формулою:

=N^.=(n₀-n_m)d (13.5)

де n₀, n_m - показники заломлення світла відповідно частинки і оточуючого середовища; d- товщина частинки; N - порядок інтерфер

Рис. 13.7. Оптична схема способу інтерференційного контрасту

енції.

Принципова схема одного із способів здійснення інтерференційного контрасту приведена на рис. 13.7.

Конденсор 1 і об'єктив 4 оснащені двоякозаломлюючими пластинками (зазначено на рисунку діагональними стрілками), перша із яких розчіплює вихідний світловий промінь на два променя, а друга з’єднує їх. Один із променів, проходячи через об'єкт 3, запізнюється за фазою (одержує різницю ходу у порівнянні із другим променем). Величина такого запізнення вимірюється компенсатором 5.

У випадку непрозорих об'єктів використовують мікроінтерферометр Лінніка, наприклад, типу МИИ-4, принципова схема якого приведена на на рис. 13.8.

Рис. 13.8. Принципова схема мікроінтерферометра типу МИИ-4:

1 - джерело світла; 2 - коліматор; 3 - скляна пластинка; 4 - лінза ; 5 - окуляр; 6 і 8 - об'єктиви; 7 - еталонне дзеркало; 9 - об'єкт

Паралельний пучок променів від коліматора розділяється пластинкою 3 на два пучка однакової інтенсивності. Пучок порівняння попадає на дзеркало 7 і відбивається знову на пластинку 3. Другий пучок попадає на об'єкт і також відбивається. Відбитий пучок світла несе інформацію про стан відбиваючої поверхні. На пластинці 3 обидва пучка з’єднуються знову в один пучок та інтерферують у фокальній площині лінзи 4. Одержану інтерференційну картину спостерігають через окуляр. За профілем смуг на інтерференційній картині можна визначити глибину тріщин, сходинок та ін. Мікроскоп МИИ-4 дозволяє визначати товщини від 0,03 до 1 мкм, а також фотографувати зображення.

Метод інтерференційного контрасту у деякому відношенні подібний із методом фазового контрасту - обидва вони засновані на інтерференціі променів, які пройшли через мікрочастинку та повз неї. Відмінність інтерференційного методу фазового контрасту полягає головним чином у можливості із високою точністю (до /300) змінювати різницю ходу, що вноситься мікрооб'єктом, використовуючи компенсатори. На відміну від методу фазового контрасту інтерференційний не дає ореолів на елементах структури, дозволяє виявити деталі мікроструктури як із малими, так і з великими градієнтами показників світлозаломлення і товщини. Цей метод використовується для дослідження поверхонь сколу, тріщин, ліній ковзання, вимірювання товщини тонких плівок та ін.

Багатопроменеві інтерференційні мікроскопи засновані на тому ж принципі, але розділення одного пучка на кілька пучків ускладнює їх конструкцію, проте збільшує роздільну здатність.