Atšķirība starp pozitīvo un negatīvo fāzes kontrastu mikroskopā
Atkarībā no objektīva aizmugurējā fokusa plaknē novietotā fāzes gredzena konfigurācijas un rakstura paraugus var novērot pozitīvā vai negatīvā fāzes kontrastā. Šī interaktīvā apmācība pēta attiecības starp telpisko (S), difrakciju (D) un iegūtajām spilgtajām daļiņām (P viļņiem), kā arī pozitīvās un negatīvās fāzes kontrasta mikroskopiju. Turklāt tiek parādīta arī fāzes plāksnes ģeometrija un reprezentatīvie parauga attēli.
Kad cilvēki to šobrīd izmanto savā darbā, lielākā daļa pētnieku ir negatīvā starpībā, un tagad pozitīvajai atšķirībai nav lielas nozīmes pašreizējā zinātniski pētnieciskajā darbā.
Apmācība inicializē fāzes attēlu ar nejauši atlasītu paraugu, kas parādās logā Phase Contrast Image, un atbilstošā viļņu attiecība tiek parādīta attēla loga kreisajā kaimiņā. Lai vadītu pamācību, izmantojiet peles kursoru, lai pārvietotu tulkojumu starp pozitīvo un negatīvo fāzes kontrastu vai spilgtas apgaismojuma fāzes kontrasta režīma slīdni. Kad slīdnis ir pārtulkots, attēli, kas parādās fāzes kontrasta attēla logā, maina to, kā paraugs tiek parādīts pašreizējā slīdņa iestatītajā attēlveidošanas režīmā. Turklāt zem viļņu formas grafika ir fāzes plāksne, kas maina formu, lai atbilstu slīdņa atlasītajam attēlveidošanas režīmam. Lai skatītu jaunu paraugu, izmantojiet nolaižamo izvēlni Atlasītais paraugs, lai atlasītu citu paraugu.
Fāzes plāksnes konfigurācijas, viļņu attiecību un vektoru grafiks, kas saistīts ar pozitīvu un negatīvu fāzes kontrasta attēlu ģenerēšanu, ir parādīts 1. attēlā. Parādīti arī ar šīm metodēm attēloto paraugu piemēri. Pozitīvā fāzes kontrasta optiskā konfigurācijā (attēla augšējā rinda 1. attēlā) ieskaujošā (S) viļņu fronte iet cauri fāzes plāksnei, kā rezultātā notiek tīrā fāzes nobīde par 180 grādu fāzes progresu par 1/4 viļņa garuma ( 1 pusviļņa garums). Uzlabotās telpiskās viļņu frontes tagad spēj piedalīties destruktīvos traucējumos ar difrakcijas (D) viļņiem attēla starpplaknē. Vairumā gadījumu tikai ar apkārtējās viļņu frontes relatīvās fāzes virzīšanu vien nepietiek, lai Nikon mikroskopos radītu augsta kontrasta attēlus. Tas ir tāpēc, ka telpisko viļņu amplitūda ir ievērojami lielāka nekā difrakcijas viļņu amplitūda, un tas nomāc iegūto attēlu, ko rada traucējumi no kopējā viļņu skaita. Lai samazinātu apkārtējo viļņu fronti līdz vērtībai, kas ir tuvāka difrakcijas viļņu amplitūdai (un radītu traucējumus attēla plaknē), necaurredzamību objektīva fāzes gredzenā iegūst, pielietojot daļēji caurspīdīgu metālu (neitrāls pieaugošs blīvums). ) pārklājums Grīda. Apkārtējo gaismas viļņu, kas pēc konstrukcijas gandrīz pilnībā iziet cauri fāzes gredzenam, izmantojot fāzes kontrasta mikroskopiju, fāzes plāksnes necaurredzamība ievērojami samazina amplitūdu līdz vērtībai no 10 līdz 30 procentiem no sākotnējās intensitātes.
Tā kā iegūto daļiņu vilni rada apkārtējo un izkliedēto viļņu frontes traucējumi*, daļiņu (P) viļņa amplitūda, ko rada interference starp viļņu frontēm, kas nonāk attēla plaknē, tagad ir daudz mazāka nekā apkārtējā seksuālajā režīmā. uzklāts blīvuma pārklājums. Tīrais efekts ir pārveidot relatīvo fāzu starpību, ko rada gaisma, kas izplūst no attēla plaknes caur paraugu, amplitūdas (intensitātes) starpībā. Tā kā cilvēka acs intensitātes atšķirību interpretēs kā kontrastu, paraugs tagad ir redzams mikroskopa okulārā, un to var arī uzņemt uz membrānas ar parastajām kameru sistēmām vai digitāli, izmantojot CCD vai CMOS ierīces. Visas pozitīvās fāzes kontrasta sistēmas selektīvi virza uz priekšu lineārās ieskaujošās (S) viļņu frontes fāzi attiecībā pret sfērisku difrakcijas (D) viļņu fronti. Paraugi ar augstāku refrakcijas koeficientu nekā apkārtējai videi izskatās tumšāki uz neitrāla pelēka fona, savukārt tie, kuriem ir zemāks laušanas koeficients nekā peldošajai videi, izskatās gaišāki par pelēko fonu.
Lai modificētu difrakcijas viļņu frontu telpisko atdalīšanu, kas ieskauj fāzi un amplitūdu fāzes kontrasta optiskajā sistēmā, ir ieviestas vairākas fāzes plākšņu konfigurācijas. Tā kā fāzes plāksne atrodas objektīva aizmugurējā fokusa plaknē (difrakcijas plaknē) vai ļoti tuvu tai, visai gaismai, kas iet caur mikroskopu, ir jāpārvietojas caur šo komponentu. Fāzes plāksnes daļu tās kondensatora gredzenveida fokusā sauc par konjugāta reģionu, bet atlikušo apgabalu sauc par komplementāro reģionu. Konjugētā apgabalā ir materiāls, kas ir atbildīgs par apkārtējās (nedifrakcijas) gaismas fāzes maiņu par plus vai mīnus 90 grādiem attiecībā pret difrakcijas viļņu fronti. Parasti fāzes konjugētā gredzena laukums ir plašāks (apmēram 25 procenti) nekā laukums, ko nosaka kondensējošā gredzena attēls, lai samazinātu apkārtējās gaismas daudzumu, kas izplatās uz papildu apgabalu.
Lielākā daļa no mūsdienu mikroskopu ražotājiem pieejamo fāzu plākšņu ir vienas no tām, kas sagatavotas, vakuumā uzklājot plānas dielektriskas un metāla plēves uz stikla plāksnes vai uzstādītas tieši uz mikroskopa objektīva lēcas virsmas. Dielektriskās plēves uzdevums ir fāzēt gaismu, savukārt metāla plēve vājina neizkliedētās gaismas intensitāti. Daži ražotāji izmanto vairākus pretatstarojošus pārklājumus kopā ar plēvi, lai samazinātu atspīdumu un izkliedētās gaismas atstarošanu atpakaļ optiskajā sistēmā. Ja fāzes plāksne nav izveidota uz objektīva virsmas, tā parasti ir nostiprināta starp secīgām lēcām, kas atrodas fokusa plaknē netālu no objektīva aizmugures. Dielektrisko, metāla un pretatstarošanas pārklājumu, kā arī optiskā cementa pārklājumu biezums un laušanas koeficients ir rūpīgi izvēlēti, lai radītu vēlamo fāzes nobīdi starp fāzes plāksnes komplementārajiem un konjugētajiem reģioniem. Optiskā izteiksmē fāzes plāksni, kas maina fāzi attiecībā pret apkārtējo gaismu, lai izkliedētu gaismu par 90 grādiem (vai nu pozitīvu, vai negatīvu), tiek saukta par ceturtdaļviļņu plāksni, jo uz to ir optiskā ceļa atšķirība.
Pozitīvās fāzes apgrieztā attēla pārskats ir parādīts 1. attēlā. Pozitīvās fāzes kontrasta plāksne (1. attēla kreisā puse) virza apkārtējo vilni par 1/4 viļņa garuma, pateicoties erozijas gredzenam stikla plāksnē, kas var jāsamazina par augšējo gājienu augsta indeksa plāksnē. Veiktais viļņu fiziskais ceļš. Mijiedarbības ar paraugu dēļ, kad izkliedētie parauga stari (D) ir aizkavēti, optiskā ceļa atšķirība starp aptverošajiem un difraktajiem viļņiem, kas rodas no fāzes plāksnes, ir puse viļņa garuma par 1/4 viļņa garuma. Rezultāts ir 180-grādu optiskā ceļa atšķirība starp apkārtējiem un difrakcijas viļņiem, kas rada destruktīvus traucējumus paraugiem ar augstu refrakcijas indeksu starp attēla plaknēm. Amplitūdas līkne pozitīvajai fāzei, kas ir pretēja destruktīvo traucējumu vilnim, ir parādīta 1. attēla augšējā grafikā. Rezultātā iegūtajam daļiņu (P) vilnim ir zemāka amplitūda nekā ieskaujošajam (S) vilnim, tādējādi liekot objektam izskatīties salīdzinājumā ar salīdzinoši relatīvu. tumšāks fons. Apakšā, labajā pusē redzams Zygnema zaļo aļģu attēls (apzīmēts ar DL). Vektors, kas attēlots ar 1/4 viļņa garuma progresu, kas parādīts kā 90-grādu pretēji pulksteņrādītāja virzienam rotējošs telpiskais vilnis pozitīvā fāzes kontrastā, parādās starp attēlu un attēlu 1. attēlā.
Alternatīvi, mikroskopa optiku var izgatavot arī tā, lai radītu negatīvu fāzi, kas ir pretēja, kā parādīts 1. attēla apakšējā daļā, un tādā gadījumā ieskaujošie (S) viļņi tiek aizkavēti (nevis kā virzīti uz priekšu) par ceturtdaļu viļņa garuma. viens difrakcijas (D) vilnis. Rezultātā paraugi ar augstiem refrakcijas koeficientiem izskatās gaišāki uz tumšāka pelēka fona (skatiet apakšējo attēlu ar apzīmējumu BM 1. attēlā). Negatīvā fāzē pretējā objektīva fāzes plāksnē ir pacelts gredzens, kas aizkavē fāzi (nevis virza fāzi kā pozitīvo fāzi pretējā virzienā), izlaižot ceturtdaļu viļņa garuma attiecībā pret difrakcijas viļņa fāzi kā nulles kārtas telpisko vilni. Tā kā difrakcijas viļņi ir aizkavējušies par ceturtdaļu viļņa garuma, kad tie šķērso paraugu, optiskā ceļa atšķirība starp apkārtējiem un difrakcijas viļņiem tiek novērsta, un paraugs ar augstu refrakcijas indeksu rada konstruktīvus traucējumus attēla plaknē. Ņemiet vērā, ka iegūtajam daļiņu (P) viļņam ir lielāka amplitūda nekā telpiskajam (S) viļņam negatīvā fāzes kontrastā. Parādīts arī negatīvās fāzes reverss, kur apkārtceļa viļņa vektors iet cauri vektora diagrammas pagriešanai par 90 grādiem pulksteņrādītāja virzienā.
