Взаимодействия света с веществом и использование их в световой микроскопии

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА №1

Взаимодействия света с веществом и использование их в световой микроскопии

1. Природа света

Свет представляет собой электромагнитные волны видимого диапазона длин волн  от 400 нм (фиолетовый цвет) до 780 нм (красный цвет). Волновая теория света в ее наиболее полной и строгой форме основана на уравнениях Максвелла, которые представляют собой дифференциальные уравнения в частных производных, выведенные на основе фундаментальных законов электромагнетизма. В ней свет рассматривается как электромагнитная волна, электрическая и магнитная компоненты поля которой колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях и перпендикулярно направлению распространения волны. К счастью, в большинстве случаев для описания волновых свойств света достаточно упрощенной теории, основанной на принципе Гюйгенса. Согласно этому принципу, каждую точку данного волнового фронта можно рассматривать как источник сферических волн, и огибающая всех таких сферических волн дает новый волновой фронт.

Все виды взаимодействия света с веществом можно свести к преломлению, отражению, поглощению, пропусканию, флуоресценции, поляризации и дифракции.*

2. Преломление

Преломление есть изменение скорости света, когда он входит в среду. Дополнительной средой на пути света в микроскопе является стекло. В стекле свет движется медленнее, чем  в воздухе. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде – это показатель преломления среды n.

Во всех системах линз микроскопа свойство преломления стекла используется для фокусировки света, коррекции аберраций в линзах, а также для передачи увеличенного изображения  в глаз.

Коэффициент преломления зависит от длины волны света. Он возрастает с уменьшением длины волны (синий свет) и убывает с увеличением длины волны (красный свет). Белый свет, проходя через линзу, сфокусируется в серии фокусов, в соответствии с длинами волн составляющих цветов. Причем синие лучи окажутся ближе к линзе, а красные дальше. Расстояние между этими фокусами есть величина хроматической аберрации линзы. Распределение коэффициентов преломления света в зависимости от длины волны называется дисперсией, и является характеристикой материала линзы. Стёкла с различной дисперсией используются для коррекции аберраций в системах линз. Явление дисперсии можно использовать для исследования некоторых образцов, например, для выявления в препарате волокон асбеста.

Угол, под которым луч света преломляется в веществе, зависит от угла падения. Луч света, падающий на стекло перпендикулярно его поверхности, не преломляется, в то время как луч, падающий под острым углом, отклоняется от своего направления в плоскости, перпендикулярной поверхности стекла (нормаль). В случае линзы луч преломляется в ее фокусе. Различие в фокусных расстояниях для лучей, проходящих вблизи оси линзы и вблизи ее краев, есть величина сферической аберрации линзы. Линза для объектива выбирается таким образом, чтобы она имела минимальную сферическую и хроматическую аберрацию.

Угол, под которым свет падает на стекло, важен для понимания концепции критического угла. Если свет падает под слишком острым углом. То он полностью отражается и не входит в стекло, а свет, выходящий из стекла в воздух, может при этих условиях отразиться внутрь и остаться в стекле (рис.1). Обе эти возможности могут реализоваться, когда свет собирается от препарата объективом и при освещении препарата через конденсор. В некоторых случаях конус света может быть полностью использован только в том случае, когда с целью избежать границы  стекло-воздух, используют иммерсионное масло. Имеющее такой же коэффициент преломления как и стекло. Иногда возникает необходимость наносить иммерсионную жидкость между