探索顯微鏡下的奧秘：如何形成圖像

    在微觀世界的探索中，顯微鏡扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅讓我們觀察到肉眼無法察覺的細(xì)節(jié)，還揭示了自然界的精妙構(gòu)造。但你是否曾好奇，顯微鏡是如何形成我們所見的圖像的呢？本文將帶你一探究竟。

    光線與樣本的互動(dòng)

    在光學(xué)顯微鏡中，圖像的形成始于照明光源發(fā)出的光線。這些光線在經(jīng)過聚光鏡后，會(huì)穿過樣本。部分光線未受干擾，直接穿過樣本，這些被稱為直射光。而另一部分光線則與樣本發(fā)生相互作用，發(fā)生偏折或衍射。這些衍射光線與直射光在相位上存在特定的差異，從而攜帶了樣本的結(jié)構(gòu)信息。

    相消干涉與圖像構(gòu)建

    當(dāng)這些光線到達(dá)目鏡固定光闌處的中間像平面時(shí)，衍射光線與直射光線發(fā)生相消干涉。這種干涉效應(yīng)導(dǎo)致了明暗相間的圖案形成，這些圖案構(gòu)成了我們最終看到的圖像。目鏡進(jìn)一步放大這個(gè)圖像，使其能夠被我們的視網(wǎng)膜、相機(jī)的膠片平面或數(shù)字傳感器所捕捉。

    衍射光與分辨率

    ErnstAbbe，一位著名的德國(guó)顯微鏡學(xué)家和光學(xué)理論家，提出了一個(gè)關(guān)鍵的理論：如果物鏡能夠捕獲至少0階和1階衍射光，那么樣本的細(xì)節(jié)就能得到解析。這意味著，進(jìn)入物鏡的衍射級(jí)數(shù)越多，我們得到的圖像就越能準(zhǔn)確代表原始物體。因此，高數(shù)值孔徑的物鏡能夠捕獲更多的衍射級(jí)數(shù)，從而提供更高的分辨率。

    油浸物鏡的優(yōu)勢(shì)

    在物鏡前透鏡和蓋玻片之間的空間中使用折射率高于空氣的介質(zhì)，如浸油，可以減小衍射光的角度，使得衍射光的扇形被壓縮。這樣，油浸物鏡能夠捕獲更多的衍射級(jí)數(shù)，從而產(chǎn)生比干式物鏡更好的分辨率。

    艾里斑與圖像質(zhì)量

    在物鏡的后焦平面上，直射光和衍射光以艾里斑的形式出現(xiàn)，這些小圓形衍射圖案是我們形成圖像的基礎(chǔ)。高數(shù)值孔徑物鏡產(chǎn)生的艾里斑尺寸更小，這意味著它們可以分辨更小的細(xì)節(jié)。當(dāng)兩個(gè)艾里斑靠得太近，以至于它們的中心亮點(diǎn)重疊時(shí)，這兩個(gè)細(xì)節(jié)就無法分辨。相反，如果艾里斑相距足夠遠(yuǎn)，它們所表示的細(xì)節(jié)就可以被清晰地區(qū)分。

    顯微鏡下的圖像形成是一個(gè)復(fù)雜而精妙的過程，涉及到光線與樣本的互動(dòng)、相消干涉、衍射光的捕獲以及艾里斑的形成。了解這些原理不僅有助于我們更好地使用顯微鏡，也讓我們對(duì)光學(xué)顯微鏡的成像能力有了更深的認(rèn)識(shí)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，顯微鏡將繼續(xù)為我們揭開更多微觀世界的奧秘。