lect_11_4泽尼克的相衬法

1、4 泽尼克的相衬法 1. 相位物与相位衬度相位物: 无色透明物体而厚度或折射率不均匀的物 体。数学描述: 屏函数为相位型),(),(yxieyxt),(),(2),(yxdyxnyx相位衬度: 以亮度的变化反映相位的变化。根本方法: 光的干预。数学图象:A 相位物的透射场A A 与参考光迭加的干预场根本装置 (较大相位物 ): 马赫干预仪GGMM 相位物 调相器 透镜 接收屏2. 泽尼克的相衬法 对微小相位物无法采用干涉装置。 泽尼克的相衬法: 在频谱面加变换光具, 使经变换的光等效于物光与参考光的迭加产生的光。 设物镜后某处物光波前函数为 , 参 考 光波前函数为 。要求 或),(OU),(

2、RU),(),(),(),(OROUHUU),(1),(hH要求参考光 ),(),(),(ORUhU为平行光, 其傅利叶频谱接近狄拉克 d 函数。所以在频谱面上式可以成立。H(,) 频谱面UoUo +UR 相位物 相衬像 改变频谱面中心光场的振幅或相位, 相当于在物光场上迭加一个平行光的参考光束, 于是像场出现干预图样, 干预图样变换反映相位物的厚度或折射率的变化。01),(diaeh 频谱面中心 其它区域 改变频谱面中心光场 自生参考光未染色的鼠肾切片的明场像和相衬像青蛙瞬膜上皮的显微镜像, 100 倍物镜。 (a) 明场像 N.A.=0.25, (b) 明场像, 一半光阑 (c) 明相衬像

3、, (d) 暗相衬像3. 相衬度与相移量的关系 等效物场 ： 等效物场光强:( , )( , )1ix yiOUx yA eaed221(22cos2 cos()2 cos )iiOII eaeIaaaddd等效物场光强的变化:2sinsin()OIIad对于弱相位调制相位物 ( 很小) , d=/2 时反衬度最大。1aeid2(2cos2cos()OII add此时 如 d=/2 , 则22(2 sin )21OII aaa Ia d=-/2 明相衬, d= /2 暗相衬。a 越小反衬度越大。在频谱面改变中心光场相位 d=p/2 , 同时衰减光场强度可以获得较大的相位反衬。但 a 不应过小,

4、 否那么212 (1 cos )iOII eI反衬度降低。a=0, 暗场法。适用于非相位物的细节观测。4. 对照明光相干性的要求 实际调相器的中心调相区具有有限的大小，而产生的自生参考光也具有有限的宽度。 要保证自生参考光与物光之间的相干性而产生相衬，那么在物面上物光在自生参考光的截面内必须是相干的，即在物面上，照明光空间相干区的宽度应大于自生参考光的宽度。而自生参考光的宽度那么相当与产生与调相器的中心调相区一致的夫琅禾费衍射斑的衍射孔的尺度。 显微镜的照明光源是一个置于聚光透镜前焦面的被照亮的光栏。光栏的尺度决定了照明光空间相干区的宽度。要保证自生参考光与物光之间的相干性，光栏在物镜后焦面所成的像必须小与调相区尺度的1/2。 相衬显微镜采用环形照明光阑, 在频谱面采用相应的环状调相器。这样可以同时保证良好的空间相干性、照明亮度和较高的分辨本领。 采用环形光阑, 光源各点自身产生的光场有良好的空间相干性, 不同点对应频谱面的 0 频谱点互不重叠。 照明光场的空间相干性不影响成像, 但直接影响光学频谱变换。Frits (Frederik) Zernike1888 - 1966The Nobel Prize in Physics 19535. 观察相位物的其它方法 暗场法: 对物光作高通滤波; 纹影法: 挡去一半频谱; 离焦法: 偏离像面接收; 微分法: 产生一对相位相反,