Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 30.Дифракционные явления в микроскопе. Минимальное

30.Дифракционные явления в микроскопе. Минимальное разрешаемое расстояние (определение понятия и формула). Угловая и числовая апертура. Иммерсия.

Рассмотрим дифракционную теорию разрешающей способности микроскопа, предложенную Э.Аббе. При освещении прозрачного предмета в микроскоп попадает свет, рассеянный объектом. В качестве наибо­лее простого предмета была взята дифракционная решетка — объ­ект с достаточно определенной структурой. Пусть решетка D состоит из четырех щелей 1-4. От каждой щели распространяются вторичные волны. Вторичные волны, падающие под одинаковым углом к оптической оси линзы £, соберутся в фокальной плоскости F. Если разность хода вторичных волн, идущих от соседних щелей и отклоненных на одинаковый угол, равна целому числу длин волн, то в местах, обозначенных точками на плоскости F, появятся главные максимумы. Картину, образуемую в фокальной плоскости линзы, называют первичным изображением. Оно содержит определенную информацию о предмете, однако не является изображением в обще­принятом' понимании. Собственно изображение, или вторичное изображение (1'—4'), образуется в плоскости при пересечении вторичных волн, идущих от каждой из щелей. Вторичное изображение создается после первичного, поэтому оно не может содержать большей информации о предмете, чем первичное. В оптических устройствах, в том числе и в микроскопе, пучки света всегда ограничены, поэтому важно знать, как это повлияет на искажение изображения предмета, какое минимальное количество лучей способно передавать правильную информацию о предмете. Главные максимумы попарно симметрично располагаются отно­сительно центрального и в некоторой степени дублируют друг друга. Совокупность максимумов, расположенных с одной сторо­ны от центра, вместе с централь­ным достаточна, чтобы передать информацию о предмете. Следо­вательно, экранирование лучей, идущих от максимумов, распо­ложенных по другую сторону от центра, лишь уменьшит яркость изображения предмета. При экранировании в плоскос­ти F лучей от нечетных главных максимумов объективно создаются условия, при которых второй главный максимум играет роль первого, четвертый — второго и т.д. Центральный максимум имеет общую структуру для решеток с разным периодом и, следовательно, не содержит информации об особенностях предмета. Поэтому если пропустить лучи только цен­трального максимума, экранировав все остальные, то вторичное изображение предмета (решетки) не сформируется. Реально свет от предмета распространяется к объективу мик­роскопа в некотором конусе, который характеризует­ся угловой апертурой — углом и между крайними лучами коничес­кого светового пучка, входящего в оптическую систему. Один из способов уменьшения предела разрешения микроскопа — использование света с меньшей длиной волны. В связи с этим применяют ультрафиолетовый мик­роскоп, в котором микрообъекты исследуются в ультрафиолетовых лучах. Основное отличие заключа­ется, во-первых, в использовании оптических устройств, прозрач­ных для ультрафиолетового света, и, во-вторых, в особенности регистрирования изображения. Другой способ уменьшения предела разрешения микроскопа — увеличение числовой апертуры, что достигается увеличением как показателя преломления среды между предметом и объективом, так и апертурного угла. Числовая апертура может быть увеличена с помощью специаль­ной жидкой среды — иммерсии — в пространстве между объективом и покровным стеклом микроскопа. В иммерсионных системах по сравнению с тождественными <сухими> системами получают больший апертурный угол. В качестве иммерсии использу­ют воду (п = 1,3,3), кедровое масло (п - 1,515), монобромнафталин - 1,66) и др.