文档介绍：第二章 光学显微技术
第二章光学显微技术
光学显微镜的发展历程
光学显微镜的成象原理
光学显微镜的构造和光路图
显微镜的重要光学参数
样品制备
1. 光学显微镜的发展历程
1590年,荷兰的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一台原始的、放大倍数约为20倍的显微镜。
16l0年,意大利物理学家伽利略(Galileo)制造了具有物镜、目镜及镜筒的复式显微镜。
1665年,英国物理学家罗伯特·胡克(Robert Hooke)用左图这台复式显微镜观察软木塞时发现了小的蜂房状结构,称为“细胞”,由此引起了细胞研究的热潮。
1684年,荷兰物理学家惠更斯(Huygens)设计并制造出双透镜目镜-惠更斯目镜,是现代多种目镜的原型。这时的光学显微镜已初具现代显微镜的基本结构(右图)。
(左)1665年 R. Hoock用来发现细胞的光学显微镜,(右)1848年的显微镜。。
1. 光学显微镜的发展历程
在显微镜的发展史中,贡献最为卓著的是德国的物理学家、数学家和光学大师恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)。
他提出了显微镜的完善理论,阐明了成像原理、数值孔径等问题,在1870年发表了有关放大理论的重要文章。
,并在光学玻璃、显微镜的设计和改进等方向取得了光辉的业绩。
2. 光学显微镜的成象原理
衍射的形成
阿贝成像原理
衍射的形成
物理光学把光视为一种电磁波,具有波粒二象性,即波动性和粒子性。由于光具有波动性质,使得光波相互之间发生干涉作用,产生衍射现象。
狭缝实验
屏幕上的P1点到狭峰上边缘的距离和它到狭峰下边缘的距离之差为一个波长。
从狭峰上缘和从狭峰下缘发出的两列光波在P1点相互增强,但这两列光波不过是从连线b上发出的无数光波中的一对,其他任意两列光波到达P1点的波程差均小于一个波长。
整个狭峰内发出的光波的累计相干效果,是在P1点两侧造成一个光强的低谷,P1点位于谷底位置。
相反,在P2点处,从狭缝上缘和下缘发出的光波的波程差1½ 个波长,P2成为相干增强区的中心,称为第一级衍射极大值。
衍射结果
点光源通过透镜产生的埃利斑第一暗环半径
式中 n为介质折射率,λ照明光波长,α透镜孔径半角,M透镜放大倍数
说明埃利斑半径与照明光源波长成正比,与透镜数值孔径成反比.
由斑点光源衍射形成的埃利斑(a)及其光强分布图(b)
衍射使物体上的一个点在成像的时候不会是一个点,而是一个衍射光斑。
如果两个衍射光斑靠得太近,它们将无法被区分开来。
阿贝成像原理
对于周期性结构的物体,图像的形成用阿贝成像原理来解释。
光线通过细小的网孔时要发生衍射,衍射光线向各个方向传播,凡是光程差满足
k=0,1,2,…的,互相加强。同一方向的衍射光则成为平行光束。
平行光束通过物镜在后焦面上会聚;形成衍射花样。衍射花样上的某个衍射斑点是由不同物点的同级衍射光相干加强形成的;同一物点上的光由于衍射分解,对许多衍射斑点有贡献。
从同一物点发出的各级衍射光,在产生相应的衍射斑点后继续传播,在象平面上又相互干涉,形成物象
阿贝成像原理
阿贝成像原理可以简单地描述为两次干涉作用:平行光束受到有周期性特征物体的散射作用形成衍射谱,各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。