Interferenční mikroskopie

Podobné dokumenty
Praktikum školních pokusů 2

Petr Šafařík 21,5. 99,1kPa 61% Astrofyzika Druhý Třetí

Mikroskopické metody Přednáška č. 3. Základy mikroskopie. Kontrast ve světelném mikroskopu

Fyzika II. Marek Procházka Vlnová optika II

Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Příklady použití tenkých vrstev Jaromír Křepelka

VÝUKOVÝ SOFTWARE PRO ANALÝZU A VIZUALIZACI INTERFERENČNÍCH JEVŮ

Optika pro mikroskopii materiálů I

Rovinná a prostorová napjatost

Jak vyrobit monochromatické Slunce

27. Vlnové vlastnosti světla

Podle studijních textů k úloze [1] se divergence laserového svaku definuje jako

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Fyzika 2 - rámcové příklady vlnová optika, úvod do kvantové fyziky

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF 22. II. S

Refraktometrie, interferometrie, polarimetrie, nefelometrie, turbidimetrie

Laboratorní práce č. 3: Měření vlnové délky světla

Digitální učební materiál

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Zadání. Pracovní úkol. Pomůcky

K rozpoznání růstu či klesání dané funkce určitém směru nám pomůže gradient, tj. vektor., ln(1 x2 + y 2 [ = y

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Neživá příroda I. Optické vlastnosti minerálů

Konstrukční varianty systému pro nekoherentní korelační zobrazení

Rovinná monochromatická vlna v homogenním, neabsorbujícím, jednoosém anizotropním prostředí

K rozpoznání růstu či klesání dané funkce určitém směru nám pomůže gradient, tj. vektor., ln(1 x2 + y 2 [ = y

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Vlnové vlastnosti světla difrakce, laser

vede sice ke zvýšení kontrastu, zároveň se ale snižuje rozlišení a ostrost obrazu (Obr. 46).

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

2. Vyhodnoťte získané tloušťky a diskutujte, zda je vrstva v rámci chyby nepřímého měření na obou místech stejně silná.

Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát. Fotografický aparát

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Youngův dvouštěrbinový experiment

PRINCIPY MODERNÍCH OPTICKÝCH ZOBRAZOVACÍCH METOD PRAKTIKUM

(Umělé) osvětlování pro analýzu obrazu



Mikroskop ECLIPSE E200 STUDENTSKÝ NÁVOD K POUŽITÍ. určeno pro studenty ČZU v Praze

FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIA - OPTIKA 2. VLNOVÁ OPTIKA

Lom světla na kapce, lom 1., 2. a 3. řádu Lom světla na kapce, jenž je reprezentována kulovou plochou rozhraní, je složitý mechanismus rozptylu dopada

Vlnové vlastnosti světla. Člověk a příroda Fyzika

ANALÝZA MĚŘENÍ TVARU VLNOPLOCHY V OPTICE POMOCÍ MATLABU

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Charakteristiky optického záření

6.1 Shrnutí základních poznatků

P5: Optické metody I

9. Umělé osvětlení. 9.1 Základní veličiny. e. (9.1) I =. (9.6)

5.3.3 Interference na tenké vrstvě

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

Základní pojmy. Je násobkem zvětšení objektivu a okuláru

Přímková a rovinná soustava sil

REALIZACE BAREVNÉHO KONTRASTU DEFEKTŮ V OPTICKÉ PROSTOVĚ-FREKVENČNÍ OBLASTI SPEKTRA

Základní pojmy a vztahy: Vlnová délka (λ): vzdálenost dvou nejbližších bodů vlnění kmitajících ve stejné fázi

Fabry Perotův interferometr

Obr. 4 Změna deklinace a vzdálenosti Země od Slunce v průběhu roku

Tabulka I Měření tloušťky tenké vrstvy

VYUŽITÍ MATLABU PRO MODELOVÁNÍ INTERFEROGRAMŮ PROUDÍCÍHO PLYNU S RŮZNÝM INDEXEM LOMU. Jiří Olejníček Pedagogická fakulta, Jihočeská univerzita

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

MĚŘENÍ VLNOVÝCH DÉLEK SVĚTLA MŘÍŽKOVÝM SPEKTROMETREM

Elektromagnetické vlnění

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ ANALÝZA PROFILU POVRCHŮ POMOCÍ INTERFEROMETRIE NÍZKÉ KOHERENCE

Úvod do laserové techniky

Optická (světelná) Mikroskopie pro TM I

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

Mikroskopie a rentgenová strukturní analýza

Optické metody a jejich aplikace v kompozitech s polymerní matricí

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

Zadání. Goniometrie a trigonometrie

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 17. Optické vizualizační metody

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 10: Interference a ohyb světla

Maticová optika. Lenka Přibylová. 24. října 2010

Typy světelných mikroskopů

POČÍTAČOVÁ SIMULACE VLIVU CHYB PENTAGONÁLNÍHO HRANOLU NA PŘESNOST MĚŘENÍ V GEODÉZII. A.Mikš 1, V.Obr 2

Filip Hroch. Astronomické pozorování. Filip Hroch. Výpočet polohy planety. Drahové elementy. Soustava souřadnic. Pohyb po elipse

Cvičení Kmity, vlny, optika Část interference, difrakce, fotometrie

Světlo v multimódových optických vláknech

GEOMETRICKÁ OPTIKA. Znáš pojmy A. 1. Znázorni chod význačných paprsků pro spojku. Čočku popiš a uveď pro ni znaménkovou konvenci.

1. Teorie mikroskopových metod

1 Elektromagnetická vlna

Krátká teorie. Monochromatická elektromagnetická vlna Intenzita světla Superpozice elektrických polí. Intenzita interferenčního obrazce.

Aplikovaná optika I. Josef Kuběna Učební pomůcka zejména pro studenty optometrie na LF

Interference vlnění

17. března Optická lavice s jezdci a držáky čoček, světelný zdroj pro optickou lavici, mikroskopický

Úloha č.3 Interferometry a vlastnosti laserového záření

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Teorie frézování

Seminář z geoinformatiky

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

(Následující odstavce jsou zde uvedeny jen pro zájemce.) , sin2π, (2)

Úloha 10: Interference a ohyb světla

Modulace vlnoplochy. SLM vytváří prostorově modulovaný koherentní optický signál

y Obrázek 1.26: Průměrová rovina válcové plochy

Měření optických vlastností materiálů

ZPRACOVÁNÍ OBRAZU přednáška 3

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. F3240 Fyzikální praktikum 2

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Transkript:

Interferenční mikroskopie J. Kuběna ÚFKL Přírodovědecká fakulta Masarykovy University kubena@physics.muni.c Učební pomůcka ke studiu optiky, verse 6

Úvod Následující série obráků je aměřena na objasnění funkce interferenčních mikroskopů, jimiž le vyvolat umělý kontrast struktury preparátu. U mikroskopu na odra (Zeiss -Epival) jde o strukturu povrchového reliéfu, u mikroskopu na průchod (Zeiss -Peraval) může jít i o strukturu indeu lomu v objemu preparátu při jeho konstantní tloušťce. V teoretické části presentace je na ákladě numerických výpočtů interferenční intenity při dvoupaprskové interferenci demonstrován vliv koherenčních vlastností interferujících paprsků na roložení intenity v orném poli mikroskopu. Veperimentální části, jsouna digitálních mikrofotografiích mikroskopu demonstrovány jevy, s nimiž se setkáme ejména při seřiování mikroskopů. Grafy interferenční intenity jsou de výsledkem softwarové analýy digitálního obráku. Tato presentace navauje pojmový aparát užívaný v přednášce Principy moderních optických obraovacích metod a je aměřena na praktickou obsluhu mikroskopů. 2

Schéma mikroskopu na odra - Epival preparát P Q body P a Q v rovině meiobrau splynou kondenor Výměnné štěrbiny jako droj objektiv dělič svaku polopropustné rcadlo barevné filtry halogenová žárovka Velikostí a natáčením štěrbin měníme velikost koherenční šířky v rovině meiobrau A B kompenátor dráhového posuvu roštěpení obraů rcadlo Dvou paprskový interferometr P A Q A P A= Q B P B P B roštěpení obrau měna směru paprsku B orné pole (sklon vlnoplochy B) mikroskopu vlnoplochy A a B v rovině meiobrau fáově posunuté o (původně jedna vlnoplocha) r 3

Schéma mikroskopu na průchod -Peraval barevný filtr halogenová žárovka štěrbina jako droj preparát kondenor objektiv P Q body P a Q v rovině meiobrau splynou Velikostí a natáčením štěrbiny měníme velikost koherenční šířky v rovině meiobrau dělič svaku A B kompenátor dráhového posuvu roštěpení obraů rcadlo P A Q A P B měna směru paprsku B (sklon vlnoplochy B) vlnoplochy A a B v rovině meiobrau fáově posunuté o (původně jedna vlnoplocha) Dvou paprskový interferometr P A= Q B P B r orné pole mikroskopu roštěpení obrau 4

Interferenční intenita Zorné pole vlnoplochy B A Teoretická část: Dvoupaprsková interference 2π I (, α ) = I + I + 2γ γ I I cos( ) P A A y Q A P B Q B r α P A Q B Q A P B B t s A B Vtah dráhového rodílu a souřadnice λ = 2 tan( α / 2) Stupeňčasové koherence γ (, δ ) t = ep( Stupeň prostorové koherence γ s 2 4δ sin( π r β ) ( r, β ) = π r β 2 ) 5

Stupeň časovékoherence Závislost stupně časové koherence na dráhovém rodílu měřeném v jednotkách koherenční délky δ δ = λ 2 0 λ 6

Stupeň prostorovékoherence Závislost stupně prostorové koherence na roštěpení r měřeném v jednotkách koherenční šířky β β = λ 0 a s 7

Úhel vlnoploch α = 10 o Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry α Velký úhel působuje rychléstřídání maim intenity, malá koherenční délka (bílé světlo) pak jejich rychlý pokles. 8

Úhel vlnoploch α = 3 o Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Malý úhel mei vlnoplochami působí pomaléstřídání maim intenity. Roštěpení obraů je v grafech je vynačeno červenými kroužky u intenitní osy. Jeden kroužek namená, že roštěpení je nulové. 9

Úhel vlnoploch α = 0.2 o Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Vlnoplochy jsou téměř rovnoběžné, intenita k okrajům orného pole klesá(v bílém světle nemástejnou barvu). 10

Dráhový posuv pro 0 je0.1λ Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Vlnoplochy se protínají mimo střed orného pole. Roštěpení obraů de a na předchoích grafech bylo nulové. Stupeň prostorové koherence byl roven 1. 11

α = 10 ο, β = 10 µm, r = 2 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Roštěpení obraů je de 2 mikrometry, stupeň prostorové koherence klesá. V porovnání s grafem na str. 8, maimum intenity kleslo. 12

α = 10 ο, β = 10 µm, r = 5 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Roštěpení 5 mikrometrů, maimum intenity dále kleslo, protože stupeň prostorovékoherence se s rostoucím roštěpením dále menšuje. 13

α = 10 ο, β = 20 µm, r = 10 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Roložení intenity je stejné, jako na předchoím grafu přes to, že roštěpení se dvojnásobilo. Je to tím, že jsme koherenční šířku takédvojnásobili. 14

α = 10 ο, β = 10 µm, r = 9 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Interferenční jev má malou viditelnost. Je to tím, že koherenční šířka je jen o málo větší než roštěpení. Uprostřed orného pole je ale stále maimum interferenčního jevu. 15

α = 10 ο, β = 10 µm, r = 11 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Zde je roštěpeníjen o málo větší nežje koherenční šířka. Stupeň prostorové koherence je v tomto případě áporný, a proto je uprostřed minimum. 16

α = 10 ο, β = 10 µm, r = 15 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Minimum uprostřed ůstává, interference má lepší viditelnost přes to, že roštěpení dále vrostlo. Stupeň prostorovékoherence je asi -0.14. 17

δ = 3λ, 0 = 3λ, r = 0 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Maimum interferenčního jevu leží mimo střed orného pole. Posuvem jednévlnoplochy nastavíme maimum opět do středu. 18

δ = 10λ, 0 = 3λ, r = 0 µm Závislost interferenční intenity na souřadnici pro uvedené parametry Velký počet maim v orném poli je důsledek velkékoherenční délky (ařaení žlutého filtru). 19

Eperimentální část: Hrana tenkévrstvy, malé roštěpeníobrau B A Zeleně je kreslen součet intenit všech barev G+B+R. Červeně intenita po odečtenípoadí. Pás pro analýu intenity digitální fotografie 20

Hrana tenkévrstvy, většíroštěpeníobrau, viditelnost interferenčního jevu poklesla Nastal pokles viditelnosti. Větší roštěpení obrau působilo pokles stupně prostorové koherence. 21

Hrana tenkévrstvy, většíroštěpeníobrau, užšíštěrbina, viditelnost se lepšila r B A 22

Vliv posuvu vlnoplochy B, stejný úhel Vlnoplocha se posunuje B Body nulového fáového rodílu 3 2 2 odpovídajíi ma 1 A 3 1 23

Bílésvětlo Všimněte si symetrického roloženíbarev kolem nultého interferenčního řádu, který je bílý. Hloubka oubku dobře patrnáv bílém světle je důležitá pro měření tloušťky vrstev větších než λ/2. 24

Zelený filtr Trochu větší koherenčnídélka dosažena vložením eleného filtru. Výsledný interferenční jev však určuje nejen propustnost vloženého filtru, ale i filtry ve fotoaparátu. 25

Žlutý filtr Koherenční délka je řetelně větší než u eleného filtru. Žlutý filtr má střední vlnovou délku 580nm a spektrální šířku 50nm. 26

Zviditelnění reliéfu malým roštěpením nečistota r Velkéroštěpení r, paprsky neinterferují, protože nejsou prostorově koherentní. Reliéf povrchu (hrana) není vidět. Hrana tenkévrstvy Al na povrchu. Roštěpení je malé, oba paprsky interferují, vlnoplochy jsou téměř rovnoběžné. Kromě hrany je viditelněn i jemný reliéf povrchu. 27

Růnéobraeníhrany tenkévrstvy Malé roštěpení, dráhový rodíl 0 je asi čtvrtina lambda. Podobně obraí hranu Nomarského kontrast, u něhož je roštěpení konstantní. B A h 2h 0 I( 0 + 2h) I 0 I(- 0-2h) I( 0 ) 28

Jiné viditelněníreliéfu povrchu Stejné oblasti povrchů preparátu, malé roštěpení, viditelněný reliéf povrchu Růný dráhový rodíl 0 odpovídá a barvu poadí Maléjamky mají jinou barvu. Hrana povrchového reliéfu překrytávrstvou Al Jak rolišíme jamky od kopečků? 29

Vliv růného úhlu vlnoploch α B α A Obra hrany tenké vrstvy při malém roštěpení. Když roštěpení většíme, le pak měřit nenámou tloušťku tenké vrstvy. Vi následující obr. 30

Měřenítloušťky tenkévrstvy P1 P2 Pásy obrau pro numerickou analýu intenity Výsledek numerickéanalýy λ 2 intenita B A r 0 2+ 0 2 Vlnoplocha B, roštěpenío r Vlnoplocha A mápo odrau schodek 2 (otisk reliéfu povrchu) Krycí vrstva, často hliníková, aby měna fáe po odrau byla stejná Tenkávrstva tloušťky Podložka =? 31