Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
10.7.5. Конструктивные решенияЦель проектирования голографического микроскопа заключается в том, чтобы получить при имеющихся ограничениях восстановленное изображение высшего качества. Большинство голографических микроскопов проектируется «для самих себя». Следовательно, каждый конструктор учитывает применения, для которых он проектирует микроскоп. Важно также знать, кто будет работать на изготовленном приборе. Взаимодействие между конструктором и оператором играет большую роль для достижения целей, поставленных перед конструкцией. 10.7.5 1. Свойства объектаНаиболее критическим параметром конструкции голографического микроскопа является размер минимально разрешимой микроструктуры макроскопического объекта. Поскольку нельзя разрешить объекты, которые меньше длины волны используемого света, в случае видимого света такими неразрешимыми объектами являются объекты с размерами меньше Выбор того или иного источника света определяется тем, движется объект или находится в покое. Для объектов, которые за время экспонирования перемещаются на расстояние, меньшее, чем значительная часть этой мощности поглощается объектом и(или) оптическими приборами. Местоположение объекта и окружающая его обстановка создают дополнительные проблемы при конструировании голографического микроскопа. Большинство объектов окружает не воздух, и их нельзя закрепить на покровном стекле. Многие объекты находятся в жидкостях, как, например, кристаллы, растущие из расплава. Некоторые объекты находятся в вакуумных камерах или в камерах высокого давления. В тех случаях, когда объект помещен в отдаленное или физически недоступное место, конструктор должен предусмотреть, каким образом объектное поле подвести к плоскости фотопленки с возможно меньшими аберрациями. Может оказаться, что оптические устройства размещаются также не в воздухе. Поэтому необходимо учитывать влияние окружающей среды, особенно если она является турбулентной или рассеивающей значительное количество света. Необходимо принимать во внимание и местоположение микроструктуры или то, в каком месте протекает интересующее нас событие в макроскопическом объекте. Даже в обычной микроскопии, чтобы получить качественное изображение фиксированного образца, приходится решать целый ряд проблем. Но если случайные объекты и(или) события происходят внутри объема образца, важно, чтобы они записывались на голограмму с целью их последующего исследования. Большой формат кадра пленки, небольшое расстояние от объекта до плоскости пленки и малое предварительное увеличение приводят в результате к регистрации большого объема объекта. Однако изображение, восстановленное с голограммы, должно изучаться в положении, в котором находился объект или(и) происходило событие в момент записи голограммы. 10.7.5.2. Длина волны излучения и когерентность источникаВ большинстве голографических микроскопов высокого качества для записи голограмм и восстановления с них изображения используются непрерывные или импульсные лазеры. Специалисты по голографической микроскопии имеют возможность использовать многие лазеры с различными длинами волн и степенями когерентности, но при этом нельзя забывать и об экономической стороне вопроса, поскольку погоня за идеальным источником может дорого обойтись. В первую очередь мы должны позаботиться о длине волны излучения. Например, для исследования красных кровяных телец нельзя выбирать лазер с одним лишь красным излучением. Надо быть уверенным, что объект не поглощает значительную долю падающего на него света с выбранной длиной волны. Кроме того, длина волны должна соответствовать спектральной чувствительности фотопленки, гак как свойства всех фоточувствительных сред зависят от длины волны, особенно экспозиция, Если в голографическом микроскопе применяются какие-либо вспомогательные оптические элементы, следует проследить за тем, чтобы они имели противоотражательное покрытие относительно выбранной длины волны. Критичны и когерентные свойства источников света. Лучшие голограммы получаются в свете, обладающем высокой степенью как пространственной, так и временной когерентности. Однако высокая степень пространственной когерентности способствует интерференции между объектными полями, исходящими из двух (или более) точек объекта, далеко отстоящих друг от друга. А высокая степень временной когерентности приводит к появлению спеклов. Импульсные лазеры, если не приняты специальные меры, обладают меньшей пространственной и временной когерентностью, чем большинство непрерывных лазеров. В большинстве голографических микроскопов при формировании объектного и опорного пучков полезно иметь амплитудное деление волнового фронта, при условии что разностью длин путей объектного и опорного пучков от светоделителя до пленки можно будет управлять, делая ее меньше, чем длина когерентности источника света. Поскольку голограмма должна иметь максимально достижимый контраст интерференционных полос, комплексная степень когерентности должна быть максимальной в отсутствие посторонних источников шума. 10.7.5.3. Методы микроскопииПредположим, что мы записали голограмму наилучшего качества, обработали ее и с нее восстановили изображение. Рассмотрим теперь, каким образом можно исследовать действительное восстановление изображения с помощью стандартных методов микроскопии. Если линза, применявшаяся в процессе регистрации голограммы, при восстановлении изображения снова помещается на то же самое место, что и при записи, то весь свет, не дифрагировавший на объекте, собирается в фокус (рис. 4). Помещая в фокус линзы непрозрачную заслонку, можно получить освещение по методу темного поля. А помещая в фокус линзы фазосдвигающий элемент, можно получить освещение по методу фазового контраста. Интерференционная микроскопия может осуществляться несколькими способами. В некоторых случаях две голограммы накладываются друг на друга, и с них одновременно восстанавливаются изображения. Интерференцию, обусловленную изменениями в поле объекта, можно увидеть, если первая из голограмм является голограммой незанятого объектом положения. Интерференционные полосы, обусловленные ростом некоторых объектов, можно увидеть, если сложить две голограммы, полученные в два различных момента времени. При определенных очень ограниченных обстоятельствах можно обнаружить ненормальную структуру объекта, если голограмму объекта с нормальной структурой наложить на голограмму объекта с ненормальной структурой. В случае, когда объект относительно медленно движется или движение носит периодический характер, можно применять методы интерферометрии с усреднением по времени (см. § 10.4).
Рис. 4. Схемы записи голограммы (а) и восстановления с нее изображения (б) при необходимости иметь небольшое предварительное увеличение. Если линза возвращается на прежнее место, то действительное изображение восстанавливается без аберраций. Кроме того, при восстановлении изображения в точку Ни один из перечисленных методов не разрушает и не изменяет исходной голограммы. Следовательно, несколько различных методов можно последовательно применить к одной и той же голограмме. Очень полезно и то, что голограмму для различных случаев можно исследовать разными методами. Голограмму можно записать и вновь использовать не повторяя исходный эксперимент. 10.7.5.4. Заключительные соображения по конструкцииНа последнем этапе проектирования голографического микроскопа необходимо решить второстепенные вопросы, связанные с экономической выгодой и стоимостью. После того как принято решение конструировать голографический микроскоп и в проект введены требования, диктуемые конкретным применением, в проект записываются данные о том, кто и для чего будет использовать голографический микроскоп С этой точки зрения разработчик и потребитель должны быть тесно связаны. Необходимо также тщательно рассмотреть вопрос о том, в каком месте лаборатории будет размещаться голографический микроскоп. Затемнение помещения может вызвать небезопасную ситуацию. Поэтому должно быть предусмотрено безопасное размещение и распределение пучков лазерного света, а также источников высокого напряжения с применением блокировки на входе в лабораторию. Кроме того, при наличии летучих химических веществ в лаборатории должна быть обеспечена соответствующая вентиляция. Для работы с голографическим микроскопом необходим специальный оператор, причем более высокой квалификации, чем оператор, работающий с обычным микроскопом. В проекте необходимо предусмотреть как можно более простое управление голографическим микроскопом. При этом следует настроить установку на получение максимального качества и обеспечить стабильность самого голографического микроскопа Поскольку голографический микроскоп — прибор, предназначенный для проведения микроскопических исследований, он не должен использоваться не по назначению Наконец, остались вопросы стоимости, а именно — во что обойдется конструирование и изготовление, а также эксплуатация установки. По-видимому, установка должна выполняться в виде отдельных взаимозаменяемых и надежных блоков, но не следует особенно увлекаться большим числом блоков. В стоимость эксплуатации установки входит также стоимость потребляемой электрической энергии и обслуживание ее оператором.
|
1 |
Оглавление
|