Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
10.7.3.2 Последующее увеличение
В тех случаях, когда требуется получить высокое разрешение по большому полю зрения, нередко применяют последующее увеличение изображения с помощью обычного микроскопа (рис. 2} M
Опорный.
/ (1 31
V Объект
СД
Среда для записи голограммы
сэ
Микроскоп
Восстанавливающий лучок
Действительное восстановленное изображение
6
Рис. 2. Применение последующего увеличения с помощью обычного микроскопа. а — схема записи голограммы; б — схема восстановления изображения с голограммы. Угол падения опорного пучка и разница в длинах путей опорного и объектного пучков могуі меняться (согласование пространственной частоты голограммы и разрешающей способностью пленки с длиной когерентности лазера). M — зеркало; СД — светоделитель; H — голограмма.
[8, 13] В этом случае голограмма записывается с плоской волной в ближней или дальней зоне объект?. При восстановлении поле объекта, производящее действительное изображение объекта, можно исследовать с помощью обычного микроскопа.
Когда препятствием при таком способе оказывается разрешение фотопленки, можно провести несколько предварительных увелчче-245 Гл. - 10. Области применения
ний изображения в промежутке между объектом и голограммой [9, 16]. Такое предварительное увеличение можно получить, применяя высококачественную оптику, если таковая имеется в наличии, но можно использовать и оптику не столь высокого качества. В последнем случае эти же оптические элементы можно переставить таким образом, чтобы при восстановлении изображения скомпенсировать аберрации [3, 7].
Рассмотренные операции сводят объектное поле к исходным размерам объекта. Этот процесс оказывается наиболее полезным в тех случаях, когда наблюдаемый объект, например тонкие кровеносные сосуды под ногтем пальца, недоступен для работы с обычным микроскопом. Чтобы проверить, как течет кровь по этим сосудам, необходимо иметь большое увеличение, но с помощью обычного микроскопа невозможно заглянуть под ноготь. Однако в микроскоп можно направить объектное поле ногтя пальца. Этот метод обеспечивает большую глубину поля, записываемую голограммой, но часто не обеспечивает максимального разрешения. Его применение полезно в тех случаях, когда изучаемый объект является толстым или рассматриваемое событие находится в слое на большой глубине.
10.7.4. Уравнения голографической микроскопии
Для эффективного применения любого метода, выбираемого нами для получения голограммы микроскопического объекта, необходимо немного ознакомиться с теорией. Необходимо найти общие уравнения для голографии. С особой тщательностью мы должны выбирать среды для записи голограмм, обращая особое внимание на чувствительность, разрешение и обработку материалов. В этом разделе мы подробно изучим уравнения голографии, особенно с точки зрения их применения в голографической микроскопии.
10.7.4.1. Внеосевая голография
Во всех успешных применениях голографии в микроскопии использовался внеосевой опорный пучок с плоским волновым фронтом [10—12]. Применение такой геометрии приводит к минимальным аберрациям [15] и позволяет легко получать восстанавливающую волну, идентичную опорной, независимо от того, исследуется ли действительное или мнимое изображение. Хорошее качество голограммы достигается, если угол между опорным и объектным пучками можно выбрать таким, что пространственная частота интерференционных полос в интерференционной картине намного ниже максимума разрешающей способности фотопленки (рис. 3). Для пленки с максимальной разрешающей способностью 1000 линий на миллиметр расстояние между соседними интерференционными10.7. Микроскопия
625
полосами должно быть больше, чем 1 мкм. Если угол Q0=30° (рис. 3), то средний размер объекта, на котором произошла дифракция, равен 1,22 мкм; при этом
sin QR=sin Q0—{kid). (3)
В случае d=2 мкм и X=O,5 мкм=500 нм, мы имеем sin QR = sin 30°— -(0,5/2), Qr= 14,5°. В общем случае 0<QR<Q0.
Опорный пучок
Входной пучок
Среда для записи голограммы
Рис. 3. Геометрия схемы записи внеосевой голограммы. U0 между полем объекта и нормалью к плоскости пленки.
наибольший угол
Выбор угла падения опорного пучка также определяется значением телесного угла, стягиваемого объектом в плоскости голограммы. При восстановлении изображение должно лежать в стороне от опорного пучка. Это требует анализа полного спектра пространственных частот объекта; такое исследование проводится в § 2.4 (см т. 1 настоящей книги).
Площадь объекта, наблюдаемого через окуляр обычного микроскопа, уменьшается пропорционально третьей степени числовой апертуры (NA=n sin O) объектива. Глубина пол я уменьшается пропорционально квадрату числовой апертуры NA. Следовательно, наблюдаемый объем объекта определяется выражением
l/~l/NA5 для NA>0,20. (4)
Удваивая числовую апертуру NA объектива и сохраняя прежний окуляр, мы наблюдаем, что объем объекта уменьшается до V32 первоначальной величины, в то время как минимальный размер разрешаемого объекта уменьшается до половины прежнего значения.