A pozitív és negatív fáziskontraszt különbsége mikroszkópban
Az objektív hátsó fókuszsíkjában elhelyezett fázisgyűrű konfigurációjától és természetétől függően a minták pozitív vagy negatív fáziskontrasztban is megfigyelhetők. Ez az interaktív oktatóanyag a térhatás (S), a diffrakció (D) és a kapott fényes részecskék (P-hullámok), valamint a pozitív és negatív fáziskontrasztmikroszkópia közötti kapcsolatot tanulmányozza. Emellett bemutatásra kerül a fázislemez geometriája és a reprezentatív mintaképek is.
Amikor az emberek most használják a munkájuk során, a legtöbb kutató a negatív különbségben van, és most a pozitív különbségnek nem sok szerepe van a jelenlegi tudományos kutatómunkában.
Az oktatóanyag inicializálja a fázisképet egy véletlenszerűen kiválasztott mintával, amely megjelenik a Fáziskontraszt kép ablakban, és a megfelelő hullámkapcsolat megjelenik a képablak bal szomszédjában. Az oktatóanyag működtetéséhez használja az egérkurzort a pozitív és negatív fáziskontraszt vagy a világos megvilágítási fáziskontraszt mód csúszkája közötti fordításhoz. A csúszka lefordításakor a fáziskontraszt képablakban megjelenő képek megváltoztatják a minta megjelenését a csúszka által beállított aktuális képalkotási módban. A hullámforma-grafikon alatt egy fázislemez is található, amely megváltoztatja alakját, hogy megfeleljen a csúszka által kiválasztott képalkotási módnak. Új minta megtekintéséhez használja a Kiválasztott minta legördülő menüt egy másik minta kiválasztásához.
A fázislemez konfigurációját, a hullámkapcsolatokat és a pozitív és negatív fáziskontraszt képek generálásához kapcsolódó vektorokat ábrázoló diagramot az 1. ábra mutatja be. Példák az ezekkel a technikákkal leképezett mintákra is. Pozitív fáziskontraszt optikai konfigurációban (az 1. ábrán a kép felső sora) a térhatású (S) hullámfront áthalad a fázislemezen, ami 180 fokos fáziseltolódást eredményez, 1/4 hullámhosszal ( 1 fél hullámhossz). A fejlett térhatású hullámfrontok most már képesek részt venni a közbülső képsíkon elhajló (D) hullámok destruktív interferenciájában. A legtöbb esetben önmagában a környező hullámfront relatív fázisának előmozdítása önmagában nem elegendő ahhoz, hogy a Nikon mikroszkópokban nagy kontrasztú képeket hozzon létre. Ennek az az oka, hogy a térhatású hullámok amplitúdója lényegesen nagyobb, mint a diffrakciós hullámoké, és elnyomja a teljes hullámszám töredékéből származó interferencia által létrehozott képet. Annak érdekében, hogy a környező hullámfrontot a diffrakciós hullámok amplitúdójához közelebb eső értékre csökkentsük (és interferenciát adjunk a képsíkban), az objektív fázisgyűrűjének átlátszatlanságát egy félig átlátszó fém (semleges növekvő sűrűség) alkalmazásával kapjuk meg. ) bevonat Padló. A környező fényhullámok, amelyek tervezés szerint szinte teljesen áthaladnak a fázisgyűrűn, fáziskontrasztmikroszkóppal, amplitúdójukat jelentősen csökkenti a fázislemez átlátszatlansága az eredeti intenzitás 10-30 százaléka közé eső értékre.
Mivel az így létrejövő részecskehullámot a környező és a diffrakciós hullámfrontok interferenciája* hozza létre, a képsíkra érkező hullámfrontok közötti interferencia által keltett részecskehullám (P) amplitúdója most sokkal kisebb, mint a környezőé, amikor szexuális állapotban. sűrűségű bevonat felhordása. A nettó hatás az, hogy a képsíkból a próbatesten áthaladó fény által bevezetett relatív fáziskülönbséget amplitúdó (intenzitás) különbséggé alakítja. Mivel az emberi szem az intenzitásbeli különbséget kontrasztként értelmezi, a minta most már látható a mikroszkóp szemlencséjében, és a membránra is rögzíthető hagyományos kamerarendszerekkel, vagy digitálisan, CCD vagy CMOS eszközökkel. Minden pozitív fáziskontraszt rendszer szelektíven előreviszi a lineáris térhatású (S) hullámfront fázisát a gömb alakú diffrakciós (D) hullámfronthoz képest. A környező közegnél nagyobb törésmutatóval rendelkező példányok semleges szürke háttéren sötétebbnek, míg az úszóközegnél alacsonyabb törésmutatójúak világosabbnak tűnnek, mint a szürke háttér.
A fáziskontraszt optikai rendszerben a fázist és az amplitúdót körülvevő diffrakciós hullámfrontok térbeli elválasztásának módosítása érdekében számos fázislemez konfigurációt vezettek be. Mivel a fázislemez az objektív hátsó fókuszsíkjában vagy ahhoz nagyon közel helyezkedik el (diffrakciós sík), a mikroszkópon áthaladó összes fénynek ezen az alkatrészen kell áthaladnia. A fázislemez kondenzátor gyűrűs fókuszában lévő részét konjugált régiónak, míg a fennmaradó részt komplementer régiónak nevezzük. A konjugált régió tartalmazza azt az anyagot, amely felelős a környező (diffraktálatlan) fény fázisának plusz vagy mínusz 90 fokkal történő megváltoztatásáért a diffrakciós hullámfronthoz képest. Általánosságban elmondható, hogy a fáziskonjugált gyűrű területe szélesebb (körülbelül 25 százalékkal), mint a kondenzáló gyűrűkép által meghatározott terület, hogy csökkentse a környező fény mennyiségét, amely a komplementer területre terjed.
A modern mikroszkópgyártóktól beszerezhető fázislemezek többsége olyan, amelyet vékony dielektromos és fémfilmek üveglapra történő vákuumleválasztásával készítenek, vagy közvetlenül a mikroszkóp objektív lencséjének felületére szerelik fel. A dielektromos fólia szerepe a fény fázisba rendezése, míg a fémfólia tompítja a nem diffrakciós fény intenzitását. Egyes gyártók többféle tükröződésgátló bevonatot használnak a fóliával kombinálva, hogy csökkentsék a tükröződés mértékét és a szórt fény visszaverődését az optikai rendszerbe. Ha a fázislemezt nem a lencse felületén alakítják ki, általában az egymást követő lencsék közé ragasztják, amelyek a fókuszsíkban, az objektív hátsó részének közelében helyezkednek el. A dielektromos, fém- és tükröződésgátló bevonatok, valamint az optikai cement vastagságát és törésmutatóját gondosan megválasztják, hogy a fázislemez komplementer és konjugált részei között a kívánt fáziseltolódást biztosítsák. Optikai értelemben azt a fázislemezt, amely a fázist a környező fényhez képest úgy változtatja meg, hogy a fényt 90 fokkal elhajolja (akár pozitív, akár negatív), negyedhullám-lemeznek nevezzük, mivel az optikai útkülönbség hatása rá van téve.
A pozitív fázisú inverz áttekintése az 1. ábrán látható. A pozitív fázisú kontrasztlemez (az 1. ábra bal oldala) 1/4 hullámhosszal hajtja meg a térhatású hullámot az üveglapban lévő eróziós gyűrű miatt, amely csökkenteni kell a felső áthaladással a magas indexű lemezben A megtett hullám fizikai útja. A mintával való kölcsönhatás miatt, amikor a diffrakciós mintasugarak (D) késleltetettek, a fázislemezből kilépő körülvevő és diffrakciós hullámok közötti optikai útkülönbség fél hullámhossz x 1/4 hullámhossz. A végeredmény egy 180-fokos optikai útkülönbség a környező és a diffrakciós hullámok között, ami destruktív interferenciát eredményez a nagy törésmutatójú mintáknál a képsíkok között. A destruktív interferenciahullámmal ellentétes pozitív fázis amplitúdógörbéje az 1. ábra felső grafikonján látható. A kapott részecske (P) hullám amplitúdója kisebb, mint a térhatású (S) hullámé, így az objektum egy viszonylagoshoz képest látszik. sötétebb háttér. Alul, a jobb oldalon a Zygnema zöld algák képe (DL felirattal). Az 1/4 hullámhossz előrehaladásával jelzett vektor, amely 90-fokkal az óramutató járásával ellentétes irányban, pozitív fáziskontrasztban forgó térhatású hullámként jelenik meg, az ábra és az 1. ábrán látható kép között jelenik meg.
Alternatív megoldásként a mikroszkóp optikáját úgy is elő lehet állítani, hogy negatív ellentétes fázist hozzon létre, amint az az 1. ábra alsó részén látható, ebben az esetben a térhatású (S) hullámok késleltetik (nem pedig előrehaladva) negyed hullámhosszal relatíve. az egyetlen diffrakciós (D) hullám. Ennek eredményeként a magas törésmutatójú minták világosabbnak tűnnek a sötétebb szürke háttér előtt (lásd az 1. ábrán a BM feliratú alsó képet). Az ellentétes negatív fázisban az objektív fázislemez egy megemelt gyűrűt tartalmaz, amely késlelteti a fázist (ahelyett, hogy a fázist pozitív ellentétes fázisként haladná előre), nulladrendű térhatású hullámként negyed hullámhosszon halad át a diffrakciós hullám fázisához képest. Mivel a diffrakciós hullámok negyed hullámhosszal késtek, amikor áthaladnak a próbadarabon, a környező és a diffrakciós hullámok közötti optikai útkülönbség megszűnik, és a magas törésmutatójú minta konstruktív interferenciát okoz a képsíkban. Vegye figyelembe, hogy a kapott részecske (P) hullám amplitúdója nagyobb, mint a térhatású (S) hullám negatív fáziskontraszt esetén. Szintén látható egy negatív fázisfordítás, ahol a körülhajózási hullámvektor áthalad a vektordiagram óramutató járásával megegyező 90 fokos elforgatásán.
