霍夫曼调制器(Hoffman Modulator)

2020-12-21 10:24:18 浏览:1091

定义

霍夫曼调幅差显微镜中,将光学梯度转变成光强度的变化的光学器件。

原理

霍夫曼调制器将详细的光学相位梯度(陡度、斜率、折射率的变化率或样本细节的厚度)转换为目镜光阑平面处图像各个区域的强度变化,也称为振幅滤波器。所得图像具有明显的三维外观,并且对光学梯度具有方向敏感性。

调制器具有三个区域,如下图1所示:

图 1

后焦平面外围附近的一个很小的暗区域,仅透射1%的光(图1中标记为“D”的区域);狭窄灰色区域透射率达15%(图1中标记为“G”的区域);其余的透明区域覆盖了物镜背面的大部分区域,可以透射100%的光线(图1中标记为“B”的区域)。与相位对比显微镜中的相位延迟板不同,霍夫曼调制器的设计不改变通过任何区域的光的相位。在调制对比光学下观察时,在普通明场显微镜中基本看不见的透明物体会呈现出由相位梯度决定的明显的三维外观。调制器不会在通过其不同部分的光的相位关系中引入任何变化,但会影响零阶主极大值,而高阶衍射最大值不受影响。使用迈克尔逊干涉仪进行的测量证实,通过霍夫曼调制器的光的相位变化(如果有)会小于λ/ 20。

相反的光学梯度导致狭缝图像偏向调制器非常暗的区域或调制器的亮区域,如下图2所示。在此图中,假设的样本同时包含正和负相位梯度,使用调制对比度光学元件的平坦区域进行成像。图2(a)中所示的负梯度将光偏转到调制器的暗区,在该暗区中,光被衰减到其先前值的大约1%。同样在图2(c)中,以正梯度偏转到调制器的透明区域中的光不会衰减,并且这束光100%会透射到中间像平面中。在图2(b)中,样本的任何非渐变部分以及背景都记录在调制器的灰色部分,其中约15%的光透射到中间图像平面中。结果是从梯度的一侧开始的图像区域的强度是暗的。从渐变相反侧开始的强度会产生明亮的图像区域,非渐变区域在图像上会显示为灰色,背景也是如此。

图 2

应用

所有类型的细胞和组织(活的、染色的、未染色的),晶体、透明聚合物、玻璃和其他类似的材料的表面细节。反射光调制对比显微镜也可用于对不透明和冶金样品中的晶界以及复杂集成电路和其他电子材料的表面细节进行成像。

参考文献

[1] Optical microscopy., Davidson, M. and Abramowitz, M., Encyclopedia of Imaging Science and Technology, Vol. II, Hornak, J. (ed), Wiley-Interscience, New York, 1106-1141 (2002).
[2] Basics of a light microscopy imaging system and its application in biology., Davidson, L. and Keller, R., Methods in Cellular Imaging, Periasamy, A. (ed), Oxford University Press, New York, 53-65 (2001).
[3] Microscopy and microscope optical systems., Lanni, F. and Keller, E., Imaging Neurons: A Laboratory Manual, Yuste, R., Lanni, F. and Konnerth, A., (eds), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, 1.1-1.72 (2000).

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