10.7.3. Голографирование изображений, увеличенных микроскопом

Успешные применения голографии в микроскопии привели к созданию широко используемых методов, в которых лучшие качества обычной микроскопии усиливаются голографией. Нокс [8], Мак-Фи [14], Ван Лигтен и Остерберг [171, Томпсон, Уорд и Зински [см. § 10.12 настоящей книги), а также Кокс, Баклис и Уитлоу [1] с целью получения увеличенного изображения применяли голографию в сочетании с микроскопией. Те из свойств стандартной микроскопии, которые наиболее часто используются, обязаны высокому качеству современных оптических устройств. Мы подробно обсудим два вида голографической микроскопии, в которых для формирования изображения с хорошим разрешением и записи большого объема применяют обычный микроскоп.

10.7.3.1. Предварительное увеличение

Предварительное увеличение обычным микроскопом часто применяется в тех случаях, когда требуется получить высокое разрешение в небольшом поле зрения [171. Объектом для голограммы служит действительное увеличенное изображение объекта (рис. 1).

Рис. 1. Схема голографического микроскопа с предварительным увеличением в обычном микроскопе. Угол падения опорного пучка можно менять (для согласования пространственной частоты голограммы с разрешающей способностью пленки). зеркало; светоделитель, линза.

В этой схеме обычный микроскоп образует увеличенное действительное изображение объекта, которое служит объектом для голограммы. Опорный пучок проходит мимо микроскопа. Опорный пучок представляет собой, как правило, плоскую волну, и угол его падения на фотопленку может изменяться. При восстановлении в зависимости от геометрии схемы можно изучать объектные волновые фронты, сходящиеся в действительное изображение или расходящиеся из мнимого изображения.

В рассматриваемой схеме разрешение фотопленки не играет особой роли, поскольку изображение, формируемое микроскопом, можно достаточно увеличить и тем самым преодолеть любые ограничения, обусловленные разрешением пленки, при условии, что угол падения опорного пучка выбран надлежащим образом. Однако регистрируемый объем объекта ограничивается глубиной поля обычного микроскопа. На голограмме нельзя записать большей глубины или поперечных размеров, чем имеет изображение,

формируемое микроскопом. Для многих применений это не является серьезным недостатком. Такой метод обеспечивает много полезных результатов в тех случаях, когда исследуемый объект представляет собой тонкий образец или разыскиваемое событие лежит в очень узком диапазоне глубин. Голографическая интерферометрия позволяет довольно просто определить положение и характер объекта, изменяющегося во времени. Например, рост кристаллов или полимеров можно детально проанализировать, взяв две последовательные голограммы и восстановив изображения с наложенных друг на друга голограмм.

10.7.3.2 Последующее увеличение

В тех случаях, когда требуется получить высокое разрешение по большому полю зрения, нередко применяют последующее увеличение изображения с помощью обычного микроскопа (рис. 2} [8, 13]

Рис. 2. Применение последующего увеличения с помощью обычного микроскопа. а — схема записи голограммы; б - схема восстановления изображения с голограммы. Угол падения опорного пучка и разница в длинах путей опорного и объектного пучков могут меняться (согласование пространственной частоты голограммы и разрешающей способностью пленки с длиной когерентности лазера). зеркало; светоделитель; голограмма.

В этом случае голограмма записывается с плоской волной в ближней или дальней зоне объекта. При восстановлении поле объекта, производящее действительное изображение объекта, можно исследовать с помощью обычного микроскопа.

Когда препятствием при таком способе оказывается разрешение фотопленки, можно провести несколько предварительных

увеличений изображения в промежутке между объектом и голограммой [9, 16]. Такое предварительное увеличение можно получить, применяя высококачественную оптику, если таковая имеется в наличии, но можно использовать и оптику не столь высокого качества. В последнем случае эти же оптические элементы можно переставить таким образом, чтобы при восстановлении изображения скомпенсировать аберрации [3, 7].

Рассмотренные операции сводят объектное поле к исходным размерам объекта. Этот процесс оказывается наиболее полезным в тех случаях, когда наблюдаемый объект, например тонкие кровеносные сосуды под ногтем пальца, недоступен для работы с обычным микроскопом. Чтобы проверить, как течет кровь по этим сосудам, необходимо иметь большое увеличение, но с помощью обычного микроскопа невозможно заглянуть под ноготь. Однако в микроскоп можно направить объектное поле ногтя пальца. Этот метод обеспечивает большую глубину поля, записываемую голограммой, но часто не обеспечивает максимального разрешения. Его применение полезно в тех случаях, когда изучаемый объект является толстым или рассматриваемое событие находится в слое на большой глубине.