Метод фазового контраста и интерференционная микроскопия.

При работе в светлом поле некоторые методы не позволяют получить достаточно контрастное изображение. Однако при этом образец может изменить фазу прошедших или отражённых лучей. Глаз реагирует на изменение интенсивности и цвета (длины волны), но не воспринимает разницы фаз. Поэтому в методе фазового контраста изменение фазы волны переводят в изменение интенсивности (или цвета), что делает особенности видимыми.

Существует два типа образцов, для которых эти методы особенно эффективны:

1) прозрачные образцы с небольшой вариацией оптической плотности;

2) непрозрачные образцы с небольшим изменением уровня поверхности.

Рассмотрим, что происходит в этих случаях. Если числовая апертура объектива велика, в изображение вносит вклад большое количество света. Пусть объект очень прозрачный (например, тонкая полимерная плёнка), но его оптическая толщина варьируется, и, соответственно, в плоскости изображения изменяется фаза волны. Если амплитуда волны одинакова на всём поле зрения, микроскопист видит однородное яркое поле. Поскольку интенсивность света постоянна, векторы электрического поля имеют равные длины (рис. 22, а). Различное направление векторов отражает вариацию фазы. Если к вектору волны в каждой точке (рис. 22, b) добавить постоянный вектор, амплитуда суммы векторов начнёт варьироваться и появится изображение. На этой идее основаны метод фазового контраста и интерференционная микроскопия.

В методе фазового контраста сдвигается фаза части света в каждой точке изображения, как показано на рис. 23. Рассеяние света приводит к вариации интенсивности в поле зрения. Фазовая пластинка представляет собой прозрачную стеклянную пластинку, у которой оптическая толщина центральной части на четверть длины волны больше, чем у остальной части.

Имеется два типа интерференционных микроскопов:

1. Интерферометры, в которых обеспечивается интерференция лучей, прошедших через две различные части объекта.

2. Интерферометры, в которых луч, прошедший через объект, интерферирует с постоянным опорным сигналом, как показано на рис. 24.

Интерференционная микроскопия использует сложение двух когерентных волн с различным оптическим путём. Изменение уровня поверхности становится видимым благодаря появлению интерференционных полос.

Вторым типом интерференционного микроскопа является микроскоп Номарского. Основным его компонентом является призма Волластона, сделанная из двух склеенных кварцевых клиньев, разрешённые направления поляризации которых взаимно перпендикулярны, как показано на рис. 25, а. Схема микроскопа Номарского приведена на рис. 25, b. Плоскополяризованный свет, отражённый полупрозрачным зеркалом, проходит через призму дважды. Первый раз до образца, а второй раз после отражения от него. Для луча, поляризованного параллельно одному из направлений поляризации призмы, оптическая толщина призмы непрерывно изменяется от края до края. Луч, прошедший через призму на некотором расстоянии от её центра, после отражения проходит через неё симметрично относительно центра. Как следствие, полный оптический путь равен удвоенному оптическому пути в центре призмы. В результате все лучи проходят одинаковый оптический путь. Это условие необходимо для интерференции в плоскости изображения.

На объективах, предназначенных для интерференционных микроскопов Номарского, имеется надпись «NIC», а на объективах для дифференциально-интерференционного микроскопа – «DIC».