Способ устранения аберрации в электронных микроскопах
Волны в противофазе
В 1947 г. английский физик Дэннис Габор предложил интересный способ устранения аберрации
[a] в электронных микроскопах. Он предложил преобразовывать электронную волну в световую, устранять хорошо известную оптическую аберрацию, а потом снова преобразовывать эту волну в электронную и, уже очищенную от аберрации, использовать в дальнейшем. Однако чтобы «подлечить» световую волну следует её каким-то образом зафиксировать, и обычная фотография для этой цели не подойдёт. Когда мы смотрим на фотографический, снимок все предметы изображённые на нём кажутся нам плоскими. Что особенно выражено при косом рассматривании снимка. Дело в том, что фотография даёт нам информацию только об амплитуде световой волны, излучаемой предметом, но абсолютно ничего не говорит о её фазе. Другими словами плёнка фиксирует только интенсивность падающего на неё света, то есть те предметы, которые при съёмке были освещены сильнее, получились ярче и на фотографии. Однако уловить фазу, то есть определить насколько одна волна пришла позже другой, ни один прибор не в состоянии. Дело в том, что частота видимого света равна 4·10
14 — 7,5·10
14 Гц и поэтому фазу этой волны представляет довольно большие трудности. Однако всем известна картина интерференции света с чередующимися чёрными и белыми полосами. Причём, как известно, чёрные полосы это те области, где волны, прошедшие через щели, сошлись в противофазе, то есть со сдвигом фаз в 180
о, а белые области там – где волны попали в фазу, то есть со сдвигом фаз в 0
о. Остальные участки серого цвета соответствуют промежуточным случаям, когда сдвиг фаз больше или меньше 180
о.
Таким образом, на этом рисунке смогла запечатлеться информация и о фазе световой волны и об её амплитуде, но только это картина суммарной волны, получившейся в результате интерференции, и как бы находящаяся в «зашифрованном» состоянии.
Итак, Лондон, 1947г. Габор пытается поймать световую волну. Для этого он берёт полупрозрачный кубик и освещает его руной лампой[b], которая тогда была наилучшим источником световых волн постоянной длины. Таким образом волна от лампы (А1) попала на кубик, и появилась отражённая волна (А2), которая, сложившись с волной А1, образовала новую суммарную световую волну
А3 = А1+ А2
На пути волны А3 Габор поставил очень чувствительную фотопластинку. В результате на ней зафиксировалась интерференционная картина — перемежающиеся белые и чёрные полосы.
Итак, Габору удалось «заморозить» световую волну, испускаемую кубиком. Но вместе с ней на фотопластинке зафиксировалась и «побочная» полна от лампы. Поэтому перед учёным встал нелёгкий вопрос как же из этой «смеси» добыть изначальную волну (А2)?
Чтобы понять смысл метода, предложенного Габором, достаточно представить искомую волну, как производную
А2 = А3 – А1
Где “ – А1” говорит о том, что свет от лампы идёт в обратном направлении, таким образом погашая «лишнюю» волну на фотопластинке и оставляя только волну, отражённую кубиком (А2).
Если посмотреть на такую восстановленную волну, то можно увидеть сфотографированный предмет, который словно парит в воздухе.
[a] Аберрация (от лат. Aberratio — уклонение) ¾ буквально отклонение от нормы. В электронных линзах это искажение изображения из-за немоноэнергеичности пучка электронов.
[b] Ртутная лампа — газоразрядный источник света, работающий на ртутных парах, в которых при электрических разрядах возникает главным образом ультрафиолетовый и видимый свет.