Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Габор дополнил брэгговский процесс двойной дифракции на двух различных длинах волн способом, позволяющим осуществлять одновременную запись распределения как амплитуды, так и фазы дифракционной картины. Это привело к общей интерпретации процесса получения изображения и дало возможность применять его к более широкому классу объектов. Однако даже этот новый принцип, по крайней мере в форме, которую Габор считал приемлемой для электронной микроскопии, накладывал ограничения на вид объекта. Объект должен обладать большими прозрачными участками, чтобы при когерентном освещении его электронными волнами через него на регистрирующую пластинку проходила сильная недифрагированная составляющая. В результате интерференции этой недифрагированной, или фоновой, волны с волнами, дифрагировавшими на краях непрозрачных частей объекта, возникает распределение интенсивности, записываемое в виде голограммы. Фаза недифрагированной волны служит опорной фазой, с которой можно сравнивать пространственные изменения фазы дифрагированных волн. Относительная фаза кодируется в виде косинусоидального множителя интерференционного члена [см. выражение (1.9)]. Оптическое декодирование,
54
РАННИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГОЛОГРАФИИ
ГЛ. 2.
или восстановление волнового поля (вторая дифракция), происходит при освещении увеличенной голограммы волной, оптически подобной недифрагированной волне с соответствующим изменением масштаба.
Габор смог включить в первое сообщение о «новом принципе микроскопии» [2.4] чисто оптическое подтверждение метода. На фиг. 2.2 приведены некоторые из полученных им результатов. Видимый свет использовался как на стадии записи, так и на стадии восстановления. Однако, несмотря на значительные последующие усилия, главным образом Хейна и др. [2.5, 2.6], применение голографии в электронной микроскопии (регистрация элек-
ФИГ. 2.2. Результаты некоторых ранних гологра-
фических экспериментов Габора. (По Га-бору [2.17].)
Слева — объект, в центре — голограмма; справа — восстановленное изображение.
тронной волны и оптическое восстановление изображения) оказалось бесплодным занятием. Наилучшее разрешение, полученное при помощи этого метода, уступало разрешению, которое достигалось тогда обычным способом. Хейн и Малви [2.6] в начале пятидесятых годов первыми провели опыты как с исходной схемой Габора получения голограмм, названной методом проекции, так и с более выгодной схемой, названной методом пропускания [2.5]. G помощью этих методов они пытались одновременно получить: 1) высокую пространственную когерентность, чтобы иметь высокий контраст интерференционных полос; 2) достаточно большое расстояние между полосами, чтобы была возможна их раздельная регистрация; 3) как можно меньшее расстояние между голограммой и источником, чтобы свести к минимуму длительность экспонирования.
В методе проекции, схематически показанном на фиг. 2.3, объект должен быть расположен очень близко к источнику электронной волны и сравнительно далеко от регистрирующей пла-
§ 2.
ГОЛОГРАФИЯ В ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ
55
стинки. Как будет показано в гл. 3 [см. выражение (3.9)], в этой €хеме максимально расстояние между полосами, т. е. минимальна пространственная частота системы полос. Однако, поскольку объект расположен близко к источнику, телесный угол 0, под которым объект виден из источника, велик. Чтобы пространственная когерентность была высокой, произведение радиуса источника на угол 0 должно быть малым (фиг. 1.18). Источник, необходимый для достижения эффективного разрешения 1 А, может быть получен путем уменьшения обычного источника электронного пучка в 106 раз с использованием электронной оптики. Однако дена, уплачиваемая за это, высока; происходящие при таком
Элентронная Уменьшающие Голограмма
___\___________л......^ п.JLJOLl ПЙ-LQIJT
уменьшении сильнейшие искажения формы пучка не могут быть скомпенсированы путем оптической имитации в процессе восстановления. Эти искажения ограничивают используемое число полос и, следовательно, апертуру голограммы, что в свою очередь ограничивает разрешающую способность.
В методе пропускания (фиг. 2.4) используется источник большей величины. Чтобы получить достаточную пространственную когерентность, источник и объект расположены на таком расстоянии друг от друга, чтобы угол 0 был мал. Голограмма располагается вблизи объекта, чтобы сократить длительность экспонирования. Однако полосы дифракции в ближнем поле (дифракция Френеля) расположены близко друг к другу, и чтобы зарегистрировать их на фотографическом материале, необходимо увеличить их с помощью электронно-оптической системы. В сущности, эта схема представляет собой электронный микроскоп, работающий на пропускание с дефокусировкой, причем объект расположен в нормальном положении перед объективом. К источнику электронов добавлена щелевая система, при помощи которой регулируется пространственная когерентность. Основным преимуществом метода пропускания является то, что в нем устранены
пушна
электронные линзы
Точечное отверстие S
Уменьшенное изображение точечного отверстия
