Дифференциалный интерференционно-контрастный микроскоп

Дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопий (Интерференционно-контрастная микроскопия или микроскопия Номарского) — световая оптическая микроскопия, используемая для создания контраста в неокрашенных прозрачных образцах. ДИК микроскоп позволяет определить оптическую плотность исследуемого объекта на основе принципа интерференции и таким образом увидеть недоступные глазу детали. Относительно сложная оптическая система позволяет создать чёрно-белую картину образца на сером фоне. Это изображение подобно тому, которое можно получить с помощью фазово-контрастного микроскопа, но в нём отсутствует дифракционное гало.

В ДИК микроскопе поляризованный луч из источника света разделяется на два луча, которые проходят через образец разными оптическими путями. Длина этих оптических путей (т. е. произведение показателя преломления и геометрической длины пути) различна. Впоследствии эти лучи интерферируют при слиянии. Это позволяет создать объемное рельефное изображение, соответствующее изменению оптической плотности образца, акцентируя линии и границы. Эта картина не является точной топографической картиной.

Оптический путь

The components of the basic differential interference contrast microscope setup.

1) Неполяризованный свет попадает в микроскоп и поляризуется под углом 45°.

Поляризация луча — необходимое условие для работы этого устройства.

2) Поляризованный свет входит вначале в призму Номарского-Воластона и разделяется на два луча так, что лучи поляризованы друг относительно друга под углом 90°.

Призма Воластона

Призма Воластона сконструирована из двух слоёв кристалла кварца. Этот кристалл, благодаря зависимости коэффициента отражения от поляризации света, разделяет лучи. Призма Номарского фокуссирует лучи вне призмы, что позволяет легко настроить микроскоп.

3) Два луча сфокуссированы с помощью собирающей линзы перед проникновением в образец. Лучи сфокусированы так, что они проходят через две соседние точки образца, расстояние между которыми приблизительно 0.2 μm.

Таким образом образец освещен двумя лучами, один из которых имеет поляризацию 0°, а другой 90°. Путь проходимый одним лучом слегка отличается от пути, который проходит второй луч.

The route of light througn a DIC microscope.

Оптический путь ДИК микроскопа

4) Лучи проходят через две соседних области образца. Таким образом они проходят разные оптические пути, на которых образец имеет различную толщину и различные показатели преломления. Оптическая плотность, пройденная первым лучом отлична от плотности пройденной вторым лучом, это является причиной изменения фазы одного луча относительно другого.

Проникновение пар лучей через пары соседних точек образца формируют изображение. Возникает множество ярких изображений слегка смещенных друг относительно друга. Кроме видимой человеческому глазу свет переносит также невидимую глазу информацию о фазе света. Это очень важно впоследствие. Различие в поляризации света сохраняет интерференцию между двумя картинками в выбранной точке.

5) Далее два луча попадают в объектив, где они встречают на своем пути вторую призму Номарского-Волластона

6) Вторая призма соединяет два луча в один с поляризацией 135°. Комбиначия двух лучей приводит к интерференции, затемненное или более яркое изображение в точке является результатом разности оптических путей двух лучей.

Призма накладывает два ярких поля одно на другое и выравнивает их поляризацию так, чтобы два луча интерферировали. Из-за различной степени освещения изображения не перекрывают друг друга полностью, то есть вместо того чтобы интерферировать с лучом проходящим через ту же точку, первый луч будет интерферировать с лучом проходящим через соседнюю точку и имеющим другую фазу. Так как различие оптических путей порождает различие фаз, комбинация лучей порождает "оптическую дифференциацию" и возникновение видимого изображения.