光学显微分析

2.2光学理论基础----物如何成像？2.2.1光的物理性质2.2.2光与固体物质的相互作用2.2.3阿贝成像原理1衍射的形成(光的衍射)衍射产生的基本条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象.但也不能比波长小太多，当孔的宽度为波长的大约3/10时波的衍射现象已经不明显—能量减弱，衍射现象观察不到。2一个点光源在像平面上将形成一个具有一定尺寸的中央亮斑及其周围明暗相间的圆环所组成的衍射光斑。（埃利斑）84％衍射结果式中n为介质折射率，λ照明光波长，α透镜孔径半角，M透镜放大倍数.说明埃利斑半径与照明光源波长成正比，与透镜数值孔径nsinα成反比．32.2.3阿贝成像原理对于周期性结构的物体，图像的形成用阿贝成像原理来解释。光线通过细小的网孔时要发生衍射，衍射光线向各个方向传播，凡是光程差满足(k=0，1，2，…)的，互相加强。同一方向的衍射光则成为平行光束。42.2.3阿贝成像原理平行光束通过物镜在后焦面上会聚；形成衍射花样。衍射花样上的某个衍射斑点是由不同物点的同级衍射光相干加强形成的；同一物点上的光由于衍射分解，对许多衍射斑点有贡献。从同一物点发出的各级衍射光，在产生相应的衍射斑点后继续传播，在象平面上又相互干涉，形成物象.5频谱面透镜像面8.12阿贝成像原理阿贝成像原理物是一系列不同空间频率的集合.入射光经物平面发生夫琅和费衍射,在透镜后焦面（频谱面）上形成一系列衍射光斑,各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠加,形成像.图中光线不同的颜色表示发自不同的物点.阿贝成像原理62.2.3阿贝成像原理阿贝成像原理可以简单地描述为两次干涉作用：平行光束受到有周期性特征物体的散射作用形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。第一步“分解”;第二步“合成”干涉作用7物与象之间的相似性物与象之间的相似性由什么因素来决定?实验:一个细金属网在显微镜透射光照射下,在物镜后面焦面上产生初级干涉图像.在后焦面上用遮蔽的方法改变允许透光的区域,使这些区域上的衍射斑点数与方位都不一样,并观察相应的最终图像.8初级干涉图像对最终图像的影响所有衍射斑点成像包括中心斑点的一排衍射斑点成像只留中心斑点9物与象之间的相似性物象是由直射光和衍射光互相干涉形成的，不让衍射光通过就不能成象，参与成象的衍射斑点愈多，则物象与物体的相似性愈好。102.3光学显微镜的构造光学显微分析是利用可见光观察物体的表面形貌和内部结构，鉴定晶体的光学性质。不同的研究目的要选用不同的光学显微分析设备。基本构造相同,略有差别!11细,粗调节旋钮目镜物镜(若干透镜组成)载物台反光镜光圈光学显微镜包括光学系统和机械装置.光学系统:目镜,物镜,光源,聚光器.机械装置:机架,目镜筒,物镜转换器,载物台,调焦机构.弯臂底座12光学系统(1).光源:分为自然光源和人工光源.(2).聚光器:在聚光镜架上部.作用是使更多的光能集中到被观察的部位.(3).物镜:由多组透镜组成,连接在物镜转换器上,是决定放大倍数及成像质量的重要部件.(4).目镜:由眼透镜和场透镜组成.目镜中附有十字丝.倍数有10×和8×两种.13物镜物镜是显微镜中对成象质量优劣起决定性作用的光学元件。物镜位于被观察物体附近，是实现第一级放大的镜头。在物镜转换器上同时装着几个不同放大倍率的物镜，转动转换器就可让不同倍率的物镜进入工作光路，物镜的放大倍率通常为5～100倍。1415为了使不同的物镜和目镜在安装组合后能正确对焦，物镜镜筒连接面和目镜安装面（目镜与镜筒的连接面）的距离，以及物镜的1次成像位置到目镜安装面的距离a必须固定。这个距离叫做机械筒长，标准机械筒长为160mm。16物镜盖玻片ααnNA=nsinα17目镜目镜是位于人眼附近实现第二级放大的镜头，镜放大倍率通常为5～20倍。按照所能看到的视场大小，目镜可分为视场较小的普通目镜，和视场较大的大视场目镜(或称广角目镜)两类。18机械系统(1).镜座与镜臂:支撑显微镜及连接光源,物台,镜筒.(2).镜筒:连接目镜和物镜的部件.(3).物镜转换器:用于安装,选择不同倍数的物镜.(4).载物台:放置薄片用的可3600转动的圆形平台(5).焦准设备(升降系统):分粗调和微调.调节焦距.(6).聚光镜架:连接聚光镜,上,下锁光圈等的部件(7).上,下锁光圈:控制光的通过量.19金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。金相显微镜属于一种反光显微镜。

20试样物镜平面玻璃镜（垂直照明器）视场光圈目镜眼睛棱镜组件孔径光圈聚光镜光源平面反射镜目镜镜筒垂直照明器：由反射器，前偏光器，视场光阑、孔径光阑部件组成，作用是把从光源来的入射光通过物镜垂直投射到光片表面，再把光片表面反射回来的光投射到目镜焦平面内。位置一般安置在物镜和目镜之间的光路系统中。玻片，棱镜21偏光显微镜是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜。凡具有双折射的物质，在偏光显微镜下就能分辨的清楚.载物台下装有起偏器，而在物镜与目镜之间装有检偏器，从而检测出物质的各向同性和各向异性.222.4光学显微镜的重要参数2.4.1数值孔径2.4.2分辨率2.4.3放大率和有效放大率2.4.4光学透镜的象差2.4.5景(场)深与焦深2.4.6工作距离232.4.1数值孔径数值孔径也称为镜口率，是表示物镜分辨细节能力的参数，是判断物镜性能高低的重要标志。数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（α）的正弦之乘积。NA=nsinα孔径角是指：物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度

242.4.1数值孔径孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，分辨率越高。孔径角与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。根据阿贝成像原理，衍射光线反映了物体形貌的细节，因此一个物镜要反映物体的细节，必须能够接受尽量多的高阶衍射光线。

物镜接收衍射光线的能力也强烈的依赖于在样品与镜头之间的介质。因此，数值孔径的概念更加能够有效的描述物镜的成像能力。25物镜数值孔径水浸物镜与油浸物镜:提高介质折射率!干燥物镜的数值孔径为0.05-0.95，油浸物镜（香柏油）的数值孔径为1.25。

262.4.2分辨率瑞利判据：两埃利斑中心间距等于第一暗环半径R0。此时,两中央峰之间叠加强度比中央峰最大强度低19％，因此肉眼仍能分辨是两个物点的像27瑞利判据：当一个点光源的衍射图样的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图样的第一级暗纹相重合时，这两个点光源恰好能被分辨。恰能分辨不能分辨能分辨28分辨本领此时,样品上相应的两个物点间距离∆r。定义为透镜能分辨的最小距离，也就是透镜的分辨本领。∆r0═R0/M分辨本领是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定，NA值越大，照明光线波长越短，分辨率就越高。

292.4.3放大率和有效放大率放大率就是放大倍数，是指被检验物体经物镜放大再经目镜放大后，人眼所看到的最终图像的大小对原物体大小的比值，是物镜和目镜放大倍数的乘积。放大率Γ是物镜放大率β和目镜放大率Γ1的乘积：Γ=β×Γ1302.4.3放大率和有效放大率显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。当选用的物镜数值孔径不够大，即分辨率不够高时，显微镜不能分清物体的微细结构，此时即使过度地增大放大倍率，得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像，称为无效放大倍率。M有效＝∆r/∆r0

∆r为人眼分辨本领。312.4.4光学透镜的像差通常平行于透镜光轴的光线在通过透镜后并不会聚集于一点，而是会聚成一个模糊的斑点或称弥散圈。同样，一个物体通过透镜后也不可能形成完全相似的像，图像往往发生了变形，造成这种缺陷的主要原因就是透镜本身存在各种像差。球差，色像差，像域弯曲32球面象差（简称球差）边缘与中心部分的折射光不能通过会聚相交于一点。折射率不同！校正办法：采用组合透镜，或者调节孔径光阑，控制入射光束的粗细。后者易减小孔径角，降低显微镜的分辨率。33色象差由于组成白光的各色光波长不同，折射率不同，因而成象的位置也不同。34象域弯曲垂直于光轴的直立的物体经过透镜后台形成一弯曲的象面，称为象域弯曲。象域弯曲是几种象差综合作用的结果。可以采用特制物镜校正。如平面消色差物镜，或平面复消色差物镜。352.4.5景深与焦深景深：是指在不影响透镜成像分辨本领的前提下，物平面可沿透镜轴移动的距离。焦深：是指在不影响透镜成像分辨率的前提下，像平面可沿透镜轴移动的距离。36在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能