Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Фотопластинка С
Опорный пучон Ооьентив микроснопа
эОнуляр
j Объект
Конденсор
Светоделитель
ФИГ. 13.1.
Схема голографического микроскопа.
и регистрируется голограмма этого изображения. При восстановлении голограмма воспроизводит изображение, которое затем наблюдается с помощью окуляра микроскопа. На фиг. 13.2 представлена фотография полученного таким способом изображения волокнистого материала. Стрелка указывает на волокно диаметром 1 мкм.
Для обычных амплитудных объектов нет почти никакого смысла получать голограммы, которые лишь воспроизводят изображение, уже образованное объективом микроскопа. Существуют, однако, ситуации, когда голографическая запись обладает преимущества-
МИКРОСКОПИЯ
407
ми. Такой ситуацией, при которой целесообразно применять голографию, является, в частности, фазовая микроскопия. Чтобы обнаружить фазовую модуляцию световой волны, прошедшей через прозрачный (фазовый) объект, ее сначала нужно превратить в амплитудную модуляцию. Обычно это делается с помощью
ФИГ. 13.2. Изображение, восстановленное с голо-
граммы, полученной с помощью устройства, показанного на фиг. 13.1. (По Ван Лигтену и Остербергу [13.2].)
Стрелка указывает на волокно диаметром 1 мкм.
интерференционного микроскопа, схема которого показана на фиг. 13.3 [13.5]. Установка состоит из источника света, светодели-тельной призменной системы, двух объективов, призменной системы для сведения световых пучков и системы наблюдения. Фазовый объект на предметном стекле микроскопа помещается в одну из оптических ветвей, а в другой помещается предметное стекло без объекта. После сведения световых пучков, которые распространялись по двум ветвям, увеличенное изображение фазового объек-
408 ПРИМЕНЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ГЛ. 13.
та интерферирует с смодулированным пучком. В результате оно оказывается промодулированным по амплитуде и становится видимым. Чтобы ликвидировать нежелательные интерференционные полосы, оптические пути предметного пучка и пучка сравнения должны быть тщательно уравнены, т. е. показатели преломления
Система наблюдения
Предмет
ГЗОнуляр
¦^Компенсирующая линза
Призма, служащая для сведения пучнов
Компенсационные плас-тинни
,Объективы
Стеклянные =з пластинки
_Пучон сравнения
Светоделительная призма
Источник света
ФИГ. 13.3.
Схема обычного интерференционного микроскопа. (По Сноу и Вандеваркеру [13.5].)
и толщины стеклянных элементов должны быть совершенно одинаковы. Одинаковым должно быть также и увеличение. В связи с этим стоимость интерференционного микроскопа довольно высока.
Голографический вариант интерференционного микроскопа можно описать, обращаясь к фиг. 13.1. Сначала чистое стекло помещают в предметный пучок и получают голограмму. После
МИКРОСКОПИЯ
409
410 ПРИМЕНЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ГЛ. 13.
проявления голограмму возвращают в ее исходное положение и освещают первоначальной опорной волной. Тогда голограмма восстанавливает волну, прошедшую через чистое предметное стекло. Если затем поместить фазовый объект на предметное стекло, то дифрагировавшая на нем волна будет интерферировать с волной, восстановленной голограммой. Для фокусировки на плоскость изображения, построенного объективом, используется окуляр. На фиг. 13.4 показана полученная таким образом интерферо-грамма капли масла, нанесенной на предметное стекло. Таким образом, применение голограммы позволяет получить смодулированный пучок сравнения гораздо легче, чем в обычном интерференционном микроскопе. В отличие от интерференционного микроскопа здесь нет необходимости точно подбирать парные оптические детали в каждой ветви. Вместо этого используются волны, прошедшие по одному и тому же пути в разные моменты времени. Это возможно благодаря способности голограммы сохранять запись волнового фронта и восстанавливать его в нужный момент времени. Операцию получения голограммы с записью волнового фронта сравнения необходимо выполнить только один раз, по-видимому, при изготовлении микроскопа. Исследователь, применяющий микроскоп, не должен сам заниматься голографией, он использует голограмму так же, как и другие оптические элементы микроскопа. Необходимо только, чтобы предметные стекла были оптически плоскими.
Когда на голограмме зарегистрировано не чистое предметное стекло, а представляющий интерес фазовый объект, возникают другие возможности. Если поместить проявленную голограмму на прежнее место и восстановить опорным пучком предметную волну, то восстановленный волновой фронт в плоскости изображения проинтерферирует с первоначальным волновым фронтом в этой плоскости. Предполояшм, что плоскость голограммы располагается таким образом, что волновые фронты изображений, созданных голограммой и объективом микроскопа, находятся в фазе по всей плоскости изображения; в этом случае мы получим однородную интенсивность. Если одно из изображений затем смещается (смещение должно быть меньше предела разрешения микроскопа), то в тех частях изображения, где фаза меняется быстро, наблюдаются изменения интенсивности. Там, где фаза меняется медленно, оба изображения находятся, по существу, еще в фазе. В тех участках, где фаза сильно зависит от координат в плоскости изображения, т. е. на краях фазового объекта, будет наблюдаться некоторое изменение фазы и, следовательно, уменьшение наблюдаемой интенсивности света. Эта техника представляет собой голографический вариант дифференциальной интерферометрии и используется для выявления контуров. Голограмму можно использовать также для получения изображения микроско-
