Nguyên lý hình ảnh của kính hiển vi kim loại
1. Trường sáng, trường tối
Trường sáng là phương pháp quan sát cơ bản nhất để quan sát các mẫu dưới kính hiển vi, phương pháp này thể hiện nền sáng trong trường nhìn của kính hiển vi. Nguyên tắc cơ bản là khi nguồn sáng thẳng đứng hoặc gần như thẳng đứng và chiếu sáng bề mặt mẫu qua thấu kính vật kính, nó sẽ bị phản xạ trở lại thấu kính vật kính qua bề mặt mẫu để tạo thành ảnh.
Sự khác biệt giữa phương pháp chiếu sáng trường tối và phương pháp chiếu sáng trường sáng là nền tối xuất hiện trong vùng trường kính hiển vi. Phương pháp chiếu sáng trường sáng là phương pháp chiếu sáng thẳng đứng hoặc vuông góc, trong khi phương pháp chiếu sáng trường tối là thông qua chiếu sáng xiên xung quanh bên ngoài thấu kính vật kính. Mẫu sẽ tán xạ hoặc phản xạ ánh sáng chiếu xạ, và ánh sáng bị tán xạ hoặc phản xạ bởi mẫu sẽ đi vào thấu kính vật kính để chụp ảnh mẫu. Quan sát trường tối có thể quan sát rõ ràng những tinh thể nhỏ, không màu hoặc những sợi nhỏ màu sáng khó quan sát trong trường sáng.
2. Ánh sáng phân cực, giao thoa
Ánh sáng là sóng điện từ, sóng điện từ là sóng ngang. Chỉ có sóng ngang có sự phân cực. Nó được định nghĩa là ánh sáng có vectơ điện dao động một cách cố định so với hướng truyền.
Hiện tượng phân cực của ánh sáng có thể được phát hiện bằng thiết bị thí nghiệm. Lấy hai bản phân cực A và B giống hệt nhau, truyền ánh sáng tự nhiên qua bản phân cực thứ nhất A. Lúc này, ánh sáng tự nhiên cũng trở thành ánh sáng phân cực, nhưng do mắt người không thể phân biệt được nên cần có bản phân cực B thứ hai. Cố định kính phân cực A và đặt kính phân cực B trên cùng mặt phẳng nằm ngang với A. Xoay kính phân cực B. Bạn có thể thấy rằng cường độ ánh sáng truyền qua thay đổi tuần hoàn khi B quay. Cường độ ánh sáng sẽ tăng dần từ mức tối đa lên mức tối đa cho mỗi lần xoay 90 độ. Nó yếu đi đến mức tối nhất, sau đó xoay 90 độ và cường độ ánh sáng tăng dần từ tối nhất đến sáng nhất. Do đó, bộ phân cực A được gọi là bộ phân cực và bộ phân cực B được gọi là máy phân tích.
Giao thoa là hiện tượng cường độ ánh sáng tăng lên hoặc yếu đi do sự chồng chất của hai cột sóng kết hợp (ánh sáng) trong vùng tương tác. Giao thoa ánh sáng chủ yếu được chia thành giao thoa hai khe và giao thoa màng mỏng. Giao thoa hai khe có nghĩa là ánh sáng phát ra từ hai nguồn sáng độc lập không phải là ánh sáng kết hợp. Thiết bị giao thoa hai khe làm cho một chùm ánh sáng đi qua hai khe và trở thành hai chùm ánh sáng kết hợp, giao tiếp trên màn ánh sáng tạo thành các vân giao thoa ổn định. Trong thí nghiệm giao thoa hai khe, khi khoảng cách giữa một điểm nhất định trên màn sáng và hai khe là một số chẵn nửa bước sóng thì điểm đó sẽ xuất hiện các vạch sáng; khi khoảng cách chênh lệch giữa một điểm nhất định trên màn sáng và hai khe là một số lẻ nửa bước sóng thì các sọc tối xuất hiện tại điểm này là giao thoa hai khe Young. Giao thoa màng mỏng là hiện tượng hai chùm ánh sáng phản xạ được hình thành sau khi một chùm ánh sáng bị phản xạ bởi hai bề mặt của màng. Hiện tượng này gọi là giao thoa màng mỏng. Trong giao thoa màng mỏng, độ chênh lệch đường đi của ánh sáng phản xạ từ bề mặt trước và sau được xác định bởi độ dày của màng, do đó, trong giao thoa màng mỏng, cùng một vân sáng (rìa tối) sẽ xuất hiện ở nơi có độ dày của màng bằng nhau. Vì bước sóng của sóng ánh sáng cực kỳ ngắn nên khi màng mỏng giao thoa, màng điện môi phải đủ mỏng để quan sát thấy các vân giao thoa.
3. DIC tương phản giao thoa vi phân
Kính hiển vi kim loại DIC sử dụng nguyên lý ánh sáng phân cực. Kính hiển vi DIC truyền qua chủ yếu có bốn thành phần quang học đặc biệt: bộ phân cực, lăng kính DIC I, lăng kính DIC II và máy phân tích. Bộ phân cực được lắp đặt trực tiếp phía trước hệ thống ngưng tụ để phân cực tuyến tính ánh sáng. Một lăng kính DIC được lắp đặt trong bình ngưng. Lăng kính này có thể phân tách một chùm ánh sáng thành hai chùm ánh sáng (x và y) có hướng phân cực khác nhau và hai chùm tia tạo thành một góc nhỏ. Bộ tụ quang căn chỉnh hai chùm ánh sáng song song với trục quang của kính hiển vi. Ban đầu hai chùm ánh sáng có cùng pha. Sau khi đi qua các vùng lân cận của mẫu vật, sự chênh lệch đường quang giữa hai chùm ánh sáng xảy ra do độ dày và chiết suất của mẫu vật khác nhau. Một lăng kính DIC II được lắp ở mặt phẳng tiêu cự phía sau của thấu kính vật kính, kết hợp hai sóng ánh sáng thành một. Lúc này mặt phẳng phân cực (x và y) của hai chùm ánh sáng vẫn tồn tại. Cuối cùng chùm tia đi qua thiết bị phân cực đầu tiên, máy phân tích. Trước khi chùm tia tạo thành hình ảnh DIC trong thị kính, máy phân tích được định hướng vuông góc với bản phân cực. Máy phân tích kết hợp hai sóng ánh sáng vuông góc thành hai chùm tia có cùng mặt phẳng phân cực, khiến chúng giao thoa. Sự chênh lệch đường quang giữa sóng x và y quyết định lượng ánh sáng được truyền đi. Khi chênh lệch đường quang là 0, không có ánh sáng nào đi qua máy phân tích; khi độ chênh lệch đường quang bằng một nửa bước sóng thì ánh sáng truyền qua đạt giá trị cực đại. Vì vậy trên nền xám, cấu trúc mẫu vật thể hiện sự khác biệt về độ sáng và tối. Để đạt được độ tương phản tốt nhất của hình ảnh, có thể thay đổi độ chênh lệch đường quang bằng cách điều chỉnh tinh chỉnh theo chiều dọc của lăng kính DIC II. Sự khác biệt về đường quang có thể thay đổi độ sáng của hình ảnh. Việc điều chỉnh DIC Prism II có thể làm cho cấu trúc tinh tế của mẫu vật hiển thị hình ảnh chiếu dương hoặc âm, thường một mặt sáng và mặt còn lại tối, tạo cảm giác ba chiều nhân tạo cho mẫu vật.
