Sự khác biệt giữa độ tương phản pha dương và âm trong kính hiển vi
Tùy thuộc vào cấu hình và bản chất của vòng pha được định vị ở mặt phẳng tiêu phía sau vật kính, các mẫu có thể được quan sát ở độ tương phản pha dương hoặc âm. Hướng dẫn tương tác này nghiên cứu mối quan hệ giữa bao quanh (S), nhiễu xạ (D) và tạo ra các hạt sáng (sóng P), cũng như kính hiển vi tương phản pha dương và âm. Ngoài ra, hình dạng của tấm pha và hình ảnh mẫu đại diện cũng được trình bày.
Khi mọi người sử dụng nó trong công việc của họ bây giờ, hầu hết các nhà nghiên cứu đang ở trong sự khác biệt tiêu cực, và bây giờ sự khác biệt tích cực không đóng vai trò nhiều trong công việc nghiên cứu khoa học hiện tại.
Hướng dẫn khởi tạo hình ảnh pha với một mẫu được chọn ngẫu nhiên xuất hiện trong cửa sổ Hình ảnh Tương phản Pha và mối quan hệ sóng tương ứng được hiển thị ở hàng xóm bên trái của cửa sổ hình ảnh. Để vận hành hướng dẫn, hãy sử dụng con trỏ chuột để di chuyển bản dịch giữa độ tương phản pha dương và âm hoặc thanh trượt chế độ tương phản pha chiếu sáng. Khi thanh trượt được dịch, hình ảnh xuất hiện trong cửa sổ hình ảnh tương phản pha sẽ thay đổi cách mẫu vật xuất hiện trong chế độ hình ảnh hiện tại do thanh trượt đặt. Ngoài ra, bên dưới biểu đồ dạng sóng là một tấm pha thay đổi hình dạng để phù hợp với chế độ hình ảnh được chọn bởi thanh trượt. Để xem một mẫu mới, hãy sử dụng menu thả xuống Selected Sample để chọn một mẫu khác.
Biểu đồ về cấu hình tấm pha, mối quan hệ sóng và vectơ liên quan đến việc tạo ra hình ảnh tương phản pha dương và âm được trình bày trong Hình 1. Ví dụ về các mẫu vật được tạo ảnh bằng các kỹ thuật này cũng được trình bày. Trong cấu hình quang học tương phản pha dương (hàng trên của hình ảnh trong Hình 1), mặt sóng bao quanh (S) đi qua tấm pha, dẫn đến sự dịch pha thực của pha trước 180 độ, bằng 1/4 bước sóng ( 1 nửa bước sóng ). Các mặt sóng bao quanh tiên tiến hiện có thể tham gia vào giao thoa triệt tiêu với sóng (D) nhiễu xạ ở mặt phẳng hình ảnh trung gian. Trong hầu hết các trường hợp, chỉ đơn thuần tăng pha tương đối của mặt sóng xung quanh là không đủ để tạo ra hình ảnh có độ tương phản cao trong kính hiển vi của Nikon. Điều này là do biên độ của sóng xung quanh lớn hơn đáng kể so với biên độ của sóng nhiễu xạ và triệt tiêu hình ảnh thu được do giao thoa từ một phần nhỏ của tổng số sóng. Để giảm mặt sóng xung quanh xuống giá trị gần với biên độ của sóng nhiễu xạ hơn (và thực hiện giao thoa trong mặt phẳng hình ảnh), độ mờ trong vòng pha của vật kính thu được bằng cách áp dụng kim loại bán trong suốt (mật độ tăng trung tính ) lớp phủ Sàn. Các sóng ánh sáng xung quanh, vốn đi gần như hoàn toàn qua vòng pha theo thiết kế, dưới kính hiển vi tương phản pha, được giảm đáng kể về biên độ bởi độ mờ đục của tấm pha đến một giá trị trong khoảng từ 10 đến 30 phần trăm cường độ ban đầu.
Bởi vì sóng hạt kết quả được tạo ra bởi sự giao thoa* của các mặt sóng xung quanh và nhiễu xạ, nên biên độ của sóng hạt (P) được tạo ra bởi sự giao thoa giữa các mặt sóng đến mặt phẳng hình ảnh bây giờ nhỏ hơn nhiều so với mặt phẳng xung quanh khi ở trạng thái giới tính. lớp phủ mật độ áp dụng. Hiệu ứng ròng là chuyển đổi độ lệch pha tương đối được tạo ra bởi sự đi qua của ánh sáng ló ra từ mặt phẳng hình ảnh qua mẫu thành sự khác biệt về biên độ (cường độ). Vì mắt người sẽ hiểu sự khác biệt về cường độ là độ tương phản, mẫu vật hiện có thể nhìn thấy trong thị kính của kính hiển vi và cũng có thể được chụp trên màng bằng hệ thống máy ảnh thông thường hoặc bằng kỹ thuật số, sử dụng thiết bị CCD hoặc CMOS. Tất cả các hệ thống tương phản pha dương đều tiến một cách có chọn lọc pha của mặt sóng bao quanh tuyến tính (S) so với mặt sóng nhiễu xạ hình cầu (D). Mẫu vật có chiết suất cao hơn môi trường xung quanh sẽ xuất hiện tối hơn trên nền xám trung tính, trong khi mẫu vật có chiết suất thấp hơn môi trường bơi sẽ xuất hiện sáng hơn nền xám.
Để sửa đổi sự phân tách không gian của các mặt sóng nhiễu xạ xung quanh pha và biên độ trong hệ thống quang học tương phản pha, một số cấu hình tấm pha đã được giới thiệu. Bởi vì tấm pha nằm ở hoặc rất gần với mặt phẳng tiêu điểm phía sau vật kính (mặt phẳng nhiễu xạ), tất cả ánh sáng đi qua kính hiển vi phải đi qua thành phần này. Phần của tấm pha trong tiêu điểm hình khuyên ngưng tụ của nó được gọi là vùng liên hợp, trong khi vùng còn lại được gọi là vùng bổ sung. Vùng liên hợp chứa vật liệu chịu trách nhiệm thay đổi pha của ánh sáng xung quanh (không bị nhiễu xạ) bằng hoặc cộng hoặc trừ 90 độ đối với mặt sóng bị nhiễu xạ. Nói chung, khu vực vòng liên hợp pha rộng hơn (khoảng 25 phần trăm ) so với khu vực được xác định bởi hình ảnh vòng ngưng tụ để giảm lượng ánh sáng xung quanh truyền đến khu vực bổ sung.
Hầu hết các tấm pha có sẵn từ các nhà sản xuất kính hiển vi hiện đại là một trong những tấm được chuẩn bị bằng cách lắng đọng chân không các màng điện môi và kim loại mỏng trên một tấm kính hoặc được gắn trực tiếp trên bề mặt thấu kính của vật kính hiển vi. Vai trò của màng điện môi là pha ánh sáng, trong khi màng kim loại làm giảm cường độ của ánh sáng không bị nhiễu. Một số nhà sản xuất sử dụng nhiều lớp phủ chống phản chiếu kết hợp với phim để giảm lượng ánh sáng chói và phản xạ ánh sáng đi lạc trở lại hệ thống quang học. Nếu tấm pha không được hình thành trên bề mặt của thấu kính, thì nó thường được gắn vào giữa các thấu kính liên tiếp nằm trên mặt phẳng tiêu cự gần phía sau vật kính. Độ dày và chỉ số khúc xạ của lớp phủ điện môi, kim loại và lớp phủ chống phản xạ, cũng như của chất kết dính quang học, được lựa chọn cẩn thận để tạo ra sự dịch pha mong muốn giữa các vùng bổ sung và liên hợp của tấm pha. Về mặt quang học, một tấm pha thay đổi pha so với ánh sáng xung quanh để làm nhiễu xạ ánh sáng 90 độ (dương hoặc âm) được gọi là tấm một phần tư sóng do hiệu ứng chênh lệch đường quang trên nó.
Tổng quan về nghịch đảo pha dương được thể hiện trong Hình 1. Tấm tương phản pha dương (phía bên trái của Hình 1) đẩy sóng xung quanh, bằng 1/4 bước sóng, do vòng xói mòn trong tấm kính, có thể được giảm bởi đường chuyền trên trong tấm chỉ số cao Đường vật lý sóng được thực hiện. Do tương tác với mẫu, khi các tia mẫu nhiễu xạ (D) bị trễ lại, hiệu quang đường giữa sóng bao quanh và sóng nhiễu xạ xuất hiện từ tấm pha là một nửa bước sóng bằng 1/4 bước sóng. Kết quả cuối cùng là 180-độ chênh lệch đường quang giữa sóng xung quanh và sóng nhiễu xạ, dẫn đến nhiễu triệt tiêu đối với các mẫu có chỉ số khúc xạ cao giữa các mặt phẳng hình ảnh. Đường cong biên độ cho sóng giao thoa triệt tiêu ngược pha dương được thể hiện trong biểu đồ trên của Hình 1. Sóng hạt (P) thu được có biên độ thấp hơn sóng xung quanh (S), do đó làm cho vật thể xuất hiện so với một vật thể tương đối. nền tối hơn. Dưới cùng, hình ảnh của tảo lục Zygnema hiển thị bên phải (được dán nhãn DL). Vectơ được biểu thị bằng tiến trình của 1/4 bước sóng, được biểu thị dưới dạng 90-sóng bao quanh quay ngược chiều kim đồng hồ ở độ tương phản pha dương, xuất hiện giữa hình và hình ảnh trong Hình 1.
Ngoài ra, quang học của kính hiển vi cũng có thể được chế tạo để tạo ra pha ngược pha âm, như thể hiện ở phần dưới của Hình 1, trong trường hợp đó, sóng bao quanh (S) bị trễ (chứ không phải là cao hơn) một phần tư bước sóng tương đối trên một sóng nhiễu xạ (D). Kết quả là các mẫu vật có chỉ số khúc xạ cao trông sáng hơn trên nền màu xám đậm hơn (xem hình dưới có nhãn BM trong Hình 1). Ở pha ngược pha âm, tấm pha vật kính chứa một vòng nâng lên làm chậm pha (chứ không làm tăng pha như pha ngược chiều dương), truyền một phần tư bước sóng so với pha của sóng nhiễu xạ dưới dạng sóng bao quanh bậc 0. Do sóng nhiễu xạ bị trễ một phần tư bước sóng khi chúng đi qua mẫu vật, nên sự khác biệt về đường quang giữa sóng xung quanh và sóng nhiễu xạ bị loại bỏ và mẫu có chỉ số khúc xạ cao giao thoa tích cực tại mặt phẳng hình ảnh. Lưu ý rằng sóng hạt (P) thu được có biên độ cao hơn sóng bao quanh (S) ở độ tương phản pha âm. Cũng được hiển thị là đảo ngược pha âm, trong đó vectơ sóng tuần hoàn đi qua vòng quay 90 độ theo chiều kim đồng hồ của sơ đồ vectơ.
