() ()Comparación de fases
El microscopio de contraste de fases es un microscopio especial, especialmente adecuado para observar objetos muy transparentes, como cortes biológicos, películas de aceite, rejillas de fases, etc. Cuando las ondas de luz pasan a través de estos objetos, a menudo solo cambian la fase de la onda de luz incidente, pero no cambian la amplitud de la onda de luz incidente. Dado que el ojo humano y todos los detectores de energía sólo pueden distinguir diferencias en la intensidad de las ondas de luz, es decir, diferencias en amplitud, pero no pueden distinguir cambios de fase, es difícil observar estos objetos con un microscopio común.
Los objetos con alta transparencia también se denominan objetos de fase. El método de contraste de fase (también llamado método de contraste de fase) convierte la información de fase del objeto en la información de amplitud correspondiente a través de un filtro espacial, mejorando así en gran medida la resolución de los objetos transparentes. En este sentido, el método de contraste de fase es un método de procesamiento de información óptica y uno de los primeros logros en el procesamiento de información, por lo que es de gran importancia en la historia del desarrollo óptico. En 1935, basándose en el principio de imagen de Abbe, Zelnick propuso por primera vez el método de contraste de fase para mejorar el contraste de la imagen de objetos transparentes cambiando la fase del espectro. En 1953, Zelnick ganó el Premio Nobel de Física. Este es uno de los pocos premios relacionados con la óptica entre los Premios Nobel de Física.
Un método práctico consiste en añadir una gota de líquido en el centro del sustrato de vidrio. La trayectoria óptica de la gota provoca un cierto cambio de fase, formando así una placa de fase que se coloca sobre la. Plano focal posterior del microscopio como dispositivo de filtro espacial. Bajo la iluminación de luz coherente, aparece en el plano de la imagen una imagen relacionada con la información de fase del objeto. La distribución de intensidad de la luz en la superficie de la imagen tiene una relación lineal con la fase de la muestra, es decir, la distribución de fase de la muestra modula la intensidad de la luz en la superficie de la imagen.
Zelnik nació el 16 de julio de 1888 en Ámsterdam, Países Bajos, en una familia de profesores de matemáticas. Sus padres son ambos profesores de matemáticas. Mi padre era director de escuela primaria, compilaba libros de texto de matemáticas y era conocido por su énfasis en los métodos de enseñanza. Los hermanos de Zelnick son profesores universitarios y figuras culturales.
Zelnick heredó el interés de su padre por la física. Tenía su propio arsenal de equipos experimentales cuando era niño. A menudo se suspendían griego y latín debido a la preferencia por cursos de ciencias. Cuando era estudiante, pasó mucho tiempo experimentando, especialmente con la fotografía en color. Debido a la escasez de fondos, tuvo que preparar su propio alcohol para fotografías en color. También confió en su propia sabiduría para construir una cámara y un pequeño observador astronómico, que podía tomar fotografías de cometas utilizando el mecanismo de relojería de un viejo tocadiscos. También resolvió muchos problemas de matemáticas con sus padres.
En 1905 Zernike ingresó en la Universidad de Amsterdam, especializándose en química y con especialización en matemáticas y física. Ganó la medalla de oro en matemáticas en 1908. Se dice que antes de la ceremonia de premiación la gente le preguntó si quería una medalla de oro o un bono, y él respondió: "Quiero dinero", porque ya había disfrutado del honor de ganar la medalla de oro. En 1915, Zelnick recibió un doctorado en Mecánica Estadística de Gibbs Aplicada. En el futuro, continuará su investigación en colaboración con otros en el campo.
En 1913 Zernike aceptó la invitación de Kapteyn, profesor de astronomía en la Universidad de Göttingen, para servir como su asistente. En 1915, se desempeñó como profesor en la Universidad de Göttingen, enseñando física matemática. Ascendido a profesor titular en 1920. Ha escrito extensamente sobre física estadística. En los experimentos, es famoso por el diseño de galvanómetros sensibles. Más tarde, los fabricantes produjeron en masa este sensible galvanómetro y lo utilizaron ampliamente. En 1930 volvió a la investigación óptica y escribió un trabajo sobre las aberraciones y la coherencia espacial de rejillas cóncavas. De 1938 a 1948, colaboró con sus alumnos para estudiar los efectos de las aberraciones de las lentes en los patrones de difracción.
El contraste de fases no se descubrió utilizando un microscopio, sino que fue descubierto por Zelnick mientras trabajaba en otros campos de la óptica. Esto comenzó en 1920, cuando Zel Nik se interesó por las rejillas de difracción. Este tipo de rejilla de reflexión consiste en una placa de espejo plana o cóncava con una gran cantidad de muescas equidistantes talladas en la superficie de la lente. Pequeños errores en la posición de la ranura afectarán significativamente el efecto óptico de la rejilla. Los errores repetidos periódicamente de la máquina de grabado hacen que la diferencia de la trayectoria óptica cambie en consecuencia. Cuando un observador observa la superficie del espejo, verá que la superficie del espejo parece ser desigual. Las finas líneas grabadas en la superficie de la rejilla son invisibles a simple vista. En la superficie del espejo sólo aparecen líneas gruesas y muy espaciadas. El espectro formado por esta rejilla suele ir acompañado de una serie de líneas débiles caóticas a ambos lados de cada línea de intensidad, llamadas "líneas fantasma de Roland". Una rejilla perfecta, del tamaño de la palma de la mano, luce rica y colorida bajo una iluminación uniforme, mostrando una variedad de colores en el espectro visible. Sin embargo, algunas tramas en realidad parecen "cicatrices" por todas partes, con líneas gruesas superpuestas a las cintas.
En 1902, H.S. Allen afirmó que estas líneas gruesas no eran reales, sino el resultado de la interferencia y cancelación entre la línea espectral principal y sus líneas fantasma. Zelnick, mientras estudiaba las rejillas en 1920, no estaba de acuerdo. Creía que estas vistas de superficies "cicatrizadas" proporcionaban más información que las imágenes espectrales tomadas de placas fotográficas. El campo de visión de la superficie proporciona la fase relativa de las líneas fantasma, pero la información de fase de las líneas fantasma se pierde en la foto. Zelnick estaba trabajando en física estadística en ese momento, por lo que mantuvo la pregunta en mente para futuras investigaciones.
Hacia 1930, el laboratorio de Zelnick obtuvo una gran rejilla cóncava y la instaló sobre un soporte. Pronto la gente vio las "cicatrices" en la superficie de la reja. Dado que la rejilla se encuentra a 6 metros de distancia del ojo humano y no se puede ver con claridad, Zelnick intentó observarla con un pequeño telescopio. Entonces sucedió algo inesperado. Las cicatrices lineales son muy claras, pero cuando el telescopio se enfoca con precisión en el espejo, ¡las líneas desaparecen por completo! ¿Qué está sucediendo? Zelnick recordó su pensamiento de hace 10 años. Se dio cuenta de la importancia de este fenómeno e inmediatamente se concentró en estudiar este problema óptico. Con la ayuda de la teoría de las imágenes de Abbe, y después de una serie de experimentos y cálculos, finalmente logró una explicación exitosa. Resulta que se trata de un fenómeno de interferencia causado por la diferencia de fase de las ondas. En 1935, Zelnick desarrolló aún más el método de contraste de fases basado en la teoría de fases e inventó el microscopio de contraste de fases. En su primer diseño, utilizó un tope de apertura de franja lineal y colocó un tope de apertura de franja lineal correspondiente en el plano focal posterior del objetivo. En su discurso de aceptación del Premio Nobel, Zelnick dijo sobre el accidente de esta invención: "Sin embargo, este dispositivo hace que la imagen microscópica de la estructura del objeto sea vertiginosa, porque el efecto de difracción hace que la imagen rayada de los detalles del objeto aparezca a lo largo del Para evitar esta observación, utilicé un diafragma anular para extender el halo en todas direcciones, pero el halo se volvió tan débil que no fue práctico. Carece completamente de sentido”.
Ya en 1932, Zelnick realizó con éxito el ensayo. -Produjo el primer microscopio de contraste de fases y solicitó una patente alemana el 26 de abril del mismo año. Después de los continuos esfuerzos de Zelnick, la Oficina Alemana de Patentes aprobó su solicitud hace 4 años, en 1936. En 1933 se celebró una conferencia profesional en Wageningen, Países Bajos. Presentó un artículo titulado "Nuevos métodos de observación microscópica", pero cuando informó sobre sus experimentos y teorías al congreso, recibió la misma fría recepción. Los participantes no estaban interesados en su invento y no hicieron preguntas. Cuando demostró el funcionamiento y la construcción de un microscopio de contraste de fases a Zeiss en Jena, Alemania, no recibió un apoyo entusiasta. Lo mismo sucedió cuando negociaba con E. Leitz en Wetzlar. La microscopía de contraste de fases se vio afectada por la Segunda Guerra Mundial incluso antes de que entrara al mercado. No fue hasta 1941 que Zeiss produjo objetivos y accesorios de contraste de fases. Con perseverancia, Zernike superó numerosas dificultades, continuó experimentando y mejorando continuamente, hasta lograr que los microscopios de contraste de fases se utilizaran ampliamente en todo el mundo. De 1943 a 1944, Zelnick cooperó en Utrecht con el fabricante de instrumentos ópticos Brink para desarrollar una lente objetivo para microscopio de fase acromática con una placa de fase instalada en la lente objetivo. En 1951, H. Heine desarrolló un dispositivo de iluminación anular con condensador para equipos de contraste de fases. Después de eso, otras empresas comenzaron a producir microscopios de contraste de fases, como Zeiss-Winkel de Göttingen, American Optical Company y Cook, Troughton & Sims Co., Ltd. Actualmente hay muchas empresas que producen microscopios de contraste de fases en todo el mundo. La microscopía de contraste de fase se usa ampliamente en estudios de bacteriología y patología en biología y medicina, y también se usa efectivamente en micromorfología de cristales minerales. Con este microscopio especial se puede realizar una observación dinámica del crecimiento de la superficie del cristal. En vista de la gran importancia del método de contraste de fases y de la microscopía de contraste de fases para la ciencia y la vida social, Zelnick recibió el Premio Nobel de Física en 1953. Zelnik murió poco después, el 10 de marzo de 1961.