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奧林巴斯顯微鏡可見光的來源

2014-02-21  發布者:admin 

 可見光包括整個電磁輻射光譜的僅一小部分,但它包含的頻率到人眼的杆和視錐將響應的唯一區域。 人類通常能夠形象化在於在約400和700納米的非常窄的範圍內的波長。 人類可以觀察和應對由可見光產生刺激,因為眼睛含有特定的神經末梢是這個頻率範圍內的敏感。 然而,在電磁光譜的其餘部分是不可見的。

各種各樣的來源是負責電磁輻射的發射,並根據由所述源產生的波長的特定光譜一般分類。 相對長的無線電波是由流經巨大廣播天線的電流產生的,而更短的可見光波由原子內帶負電的電子的能量狀態的波動產生的。 電磁輻射,γ波,最短形式起因於在原子的中心核部件的衰變。 可見光,人類能夠看到(的頻譜示於圖1)通常是波長的變化的組成是光源的一個函數的混合物。

在AG亚游集团的日常生活中,AG亚游集团是通過電磁輻射,隻是其中一部分,AG亚游集团都能夠真正“看到”可見光的頻譜巨大的轟擊。 當冒險外,對可見光線對人體絕大多數是來自太陽,這也產生輻射的許多其它頻率不落入可見光範圍內發射。 在內部,AG亚游集团接觸到的可見光源於人工光源 ,主要是熒光燈和白熾燈鎢絲的設備。

到了晚上,自然光由天體,如月球,行星和恒星,除了定期的北極光(北極光),以及偶爾的彗星或流星(“流星”)生產的。 其他自然光源包括氣象雷電,火山爆發,森林火災,加上可見光( 生物發光 )的一些生化的來源。 生物光源包括大家熟悉的螢火蟲(“螢火蟲”),並從海中更奇特的光暈,包括生物發光種類的細菌,藻類,甲藻,海蜇,梳果凍(櫛水母),有些品種的魚。

可見光的波長和顏色知覺
波長範圍 
(納米)
感知的顏色
340-400 近紫外線(UV;隱形)
400-430 紫色
430-500 藍色
500-570 綠色
570-620 黃色至橙色
620-670 紅通通
670-750 暗紅色
超過750 近紅外線(IR;隱形)
表1

表1包含了許多窄的波長帶的,在可見光光譜感知由人的表觀顏色分布的列表。 有關特定顏色的波長的區域使不同的色調,色調和陰影之間的差異。 它有可能為許多不同的光譜分布,以產生相同的顏色的感覺(這種現象稱為metamers)。 例如,黃色色感可以通過光的單波長引起的,例如590納米,或者它可以是可視光的具有獨立的波長,如580和600毫微米兩個相等的量的結果。 另外,也可以以查看顏色黃色為窄分布涵蓋580和600納米之間的所有波長。 與問候的人的視覺係統,相同的參數保持為在可見光譜中的所有顏色。 然而,最近的研究表明,一些物種(尤其是鳥類)的顏色可以被人類視為metamers區別對待。

白熾燈光源

早期人類是沒有光的可靠來源,在漫長的夜晚,但他們偶爾會發現和灌木火災收集燃燒的木頭,然後保持在熊熊篝火為短時間的火焰。 由於知識進步了,男人發現了火花,隨後起火,可以通過醒目的某些石頭在一起(如燧石和黃鐵礦)或積極揉木對木產生。 一旦這些技術被掌握了,每當有人需要的人可以產生火災。

當火災燒傷,化學能釋放的熱和光的形式。 燃燒的燃料,無論是草,木材,石油,或一些其它易燃材料,發光是由燃燒過程中產生的巨大的化學能加熱氣體,使原子在氣體的輝光白熱化 。 氣體原子中的電子被提升到更高的能量水平的熱和光被釋放的光子的形式,當電子放鬆到其基態。 一個火焰的顏色是溫度和多少能量被釋放的指示。 暗黃色的火焰比一個明亮的藍色火焰更涼爽,但即使是最酷的火焰仍然很燙(攝氏至少350度)。

雖然焦油和破布,以製造早期的火把,當油燈發明於控製火災的第一個實際步驟發生。 早期的燈具超過15,000歲(圖2)被發現,從岩石和貝殼,這燒動物脂肪和植物油製成。 前煤氣照明被發明,有動物油的巨大需求。 這種油的主要來源是通過熬煮的海洋動物,如鯨魚和海豹獲得的脂肪組織產生的牛油 。 油燈最終演變成鑄造硬化牛油或蜂蠟等,如圖2所示形成了蠟燭。 早期的蠟燭產生相當多的煙霧,但沒有太多的光。最終,人們發現,石蠟,當適當投用浸漬布燈芯,產生一個相對明亮的火焰沒有顯著的煙霧。

在19世紀,天然氣照明全國各地的許多歐洲,亞洲和美國的主要城鎮和城市中成為普遍。 早期的煤氣燈由燃燒產生的氣體(一個相當危險的情況下)的噴射操作,而後來的車型都裝上地幔,或細網化學處理後的織物,其分散的火焰並發出更亮的光。

早期的顯微鏡依靠蠟燭,油燈,和自然的陽光,提供照明的相對粗糙的光學係統在他們的顯微鏡 這些原始的光源遭​​受閃爍,光照不均勻,眩光,而且往往是一個潛在的火災隱患。 今天,白熾燈高強度的鎢係燈是在現代顯微鏡中使用的初級光源和大多數家庭照明係統。

示於圖3中的光譜分布曲線表明能量與波長的相對量為白光 (由包含所有可見光譜中的顏色或大部分的混合物)幾個不同的來源。 紅色曲線表示鎢的光在整個可見光光譜的相對能量。 由於是從檢查圖中可以看出,鎢絲燈隨著波長的增加的能量。 此效果顯著地影響所得到的光的平均色溫,特別是當它是相對於該天然陽光和熒光燈(汞蒸氣燈)的。 以黃色曲線表示的頻譜配置文件從自然陽光光譜采樣中午可見光分布。 在正常情況下,太陽光中包含的能量的最大量,但在圖3所示的曲線都被歸一化到鎢頻譜以緩解比較。 深藍色的光譜曲線是汞弧燈的特性,並具有從鎢和自然陽光光譜的一些顯著的差異。 一些能量峰值出現在所發生的汞蒸氣始發疊加個別線譜的結果的放電弧光燈光譜。

由白色發光二極管(LED)所產生的可見光光譜是由綠色曲線如圖3所示。 發光二極管固有的單色器,與色由在二極管結構利用各種半導體材料之間的帶隙來確定。 紅色,綠色,黃色和藍色二極管是常見的,廣泛用作指示燈的電腦和其他消費電子設備,如無線電調諧器,電視接收器,光盤播放機,錄像機和數字視盤播放機。 白光LED是由氮化镓藍色二極管通過塗覆有熒光材料,當由光從藍色二極管發射激發而發射一個廣泛的可見光波長的半導體管芯製造。 激光光譜,無論是來自二極管或者氣體激光,在特性上是非常窄的,往往隻包括一個或幾個特定的​​波長。 一個例子是對於低電流的半導體二極管激光器是用於各種應用,包括讀取條形碼和跟蹤光盤的數據很有用示於圖3(青色曲線)。

鎢光源通常被稱為白熾燈 ,因為它們的光輻射時,由電能加熱。 現代燈泡(或燈)的長絲通常由鎢,金屬是在照射光時電阻由電流加熱幾分高效的。 現代白熾燈由漢弗萊戴維爵士發明了碳弧燈,它由2個碳杆(或燈絲電極)之間形成時的電勢被放置在電極之間放電電弧產生光的後代。 最終,碳弧燈讓位給該利用包含在抽成真空的玻璃外殼碳纖維的第一個燈。 鎢絲,由威廉大衛柯立芝率先在1910年,蒸發要比當在一個玻璃封套的真空下加熱棉衍生的碳纖維更慢。 燈絲作為一個簡單的電阻器,並且發射除了由電流產生的熱量的顯著光量。

鎢白熾燈的熱輻射發光的連續光譜在約300納米延伸,在紫外區,至約1400納米,在近紅外區域。 他們的設計,建造和操作是很簡單的,並且各種各樣的這些燈已用作白熾燈的光源。 典型的燈包括一個密封的玻璃外殼(參見圖4),抽真空或充有惰性氣體,和包含由直接或交流電供電的鎢絲絲的。 該燈泡產生了大量的光與熱的,但光占其總能量輸出的僅5%到10%。

鎢燈往往會遭受若幹缺點,例如降低的強度與年齡和內部包絡麵的黑化作為蒸發鎢緩慢地沉積到玻璃上。 的鎢燈的色溫和亮度與所施加的電壓而變化,但對於色溫範圍從大約2200 K至3400的平均值K.活躍鎢燈絲的表麵溫度是非常高的,通常平均為攝氏2550度,以提供標準100瓦商業燈泡。 在某些情況下,鎢燈泡信封填充有惰性氣體氪或氙氣(惰性填充氣體)作為替代,以保護熱的鎢絲產生真空。 這些氣體提高白熾燈的效率,因為它們減少蒸發的鎢沉積在周圍的玻璃容器的內部,該金額。

鹵素燈泡,白熾燈鎢燈的高性能版,通常包含填充氣體,它返回蒸發遠遠大於與其它氣體製成的燈更有效鎢燈絲中碘或溴的痕跡。 鹵鎢燈,首先由通用電氣在20世紀50年代開發的用於照明的超音速噴氣翅膀的技巧,能夠在整個燈泡壽命產生非常均勻明亮的光線。 此外,鹵素燈小得多,效率比可比強度的鎢燈。 鎢 - 鹵素燈泡的壽命可高達10年來最理想的條件下。

的燈絲通常安裝在一個硼矽鹵化物玻璃(通常稱為熔凝石英 ),信封很緊湊的螺旋裝配。 較高的工作溫度限製使用鹵鎢燈泡到通風良好的lamphouses與扇形散熱片,以消除熱量通過這些燈泡所產生的巨大數額。 許多家用燈具都配備有300-500瓦鹵鎢燈操作,並產生顯著的光量,填補一個房間比他們弱發光鎢同行好得多。 當與光纖導光管和吸收或二色性的過濾器,鹵鎢燈燈室為各種各樣的光學顯微鏡應用提供高強度的照明,但作為一個主要的缺點,在輻射熱的形式產生顯著量的紅外光,可以容易降解的標本。

熒光光源

有各種各樣的被用於室內和室外照明,除了具有在光學顯微鏡的重要應用非白熾燈可見光光源。 大多數的這些光源是基於放電通過氣體,如汞或稀有氣體氖,氬和氙。 可見光在氣體放電燈的產生依賴於碰撞原子和離子之間的氣體與被傳遞的一對電極放置在燈泡封殼的端部之間的電流。

一種常見的熒光燈的玻璃管上塗布的熒光體上的玻璃的內表麵上,並且所述管填充有汞蒸氣在非常低的壓力(參見圖5)。 電流在電極之間施加在管的端部,產生從一個電極流向另一個電子流。 當從流中的電子碰撞汞原子,但它們激發的原子中的電子到更高的能態。 此能量被釋放在紫外線輻射的形式時,在水銀原子的電子返回到基態。 紫外線照射後激勵內部磷光塗層,使其散發出明亮的白色光,AG亚游集团從熒光燈觀察。 熒光燈是大約兩到四倍更有效於發射可見光,產生更少的浪費熱,並且比白熾燈長通常持續10至20倍。

熒光光源的獨特之處在於它們所產生的一係列波長的往往集中在被稱為線狀光譜窄波段。 其結果是,這些來源不產生照明的連續光譜是白熾光源的特性。 非白熾燈可見光的(幾乎全部)單波長光源的一個很好的例子是鈉蒸氣燈常用的路燈照明。 這些燈發出一個非常強烈的黃光,有超過95%的589納米的光所組成的發射,幾乎沒有出現在輸出其他波長。 它可以設計氣體放電燈,將發出一個幾乎連續的頻譜除了線狀光譜中固有的大多數這些燈。 最常用的技術是將塗層與磷光體顆粒,其中將吸收的輻射由發光的氣體放出,並轉換成可見光範圍從藍色到紅色的廣譜管的內表麵上。

在正常情況下,多數個人無法辨別的線譜和連續波長的光譜之間的差異。 然而,一些物體反射異常的顏色在光線不連續的來源,特別是在日光燈下。 這就是為什麽服裝,或其他深色物品,由熒光燈照明的商店購買往往會出現在自然光或連續鎢絲燈照明顏色略有不同。

在反射光立體顯微鏡,特別是研究熱敏感樣品時,熒光燈的青睞,因為他們的高效率和低熱量輸出過鎢燈。現代熒光燈可以配置為線性管或環形照明器提供的顯微鏡激烈,漫射光。 人工白光對手太陽光(不伴隨熱)色溫這個來源,並消除了典型的消費級熒光燈管的閃爍特性。 相比,鎢,鎢 - 鹵素,或弧光燈,熒光燈,燈顯微鏡照明器可以提供高品質的服務相對較長的時期(約7000小時)。 作為漫射光源,熒光燈產生的視圖中均勻照明領域,沒有惱人的熱點或眩光。 較新的冷陰極照明技術有希望成為一個專門的光源,光學顯微鏡,特別是通過熒光激發增強的短暫事件,以及對應用中的餘熱,或在光源預熱時間可能會與樣品或幹擾事件被觀察到。

一個專門的方法拍攝移動的標本,在暗視野顯微鏡照明特別有用,一直使用電子照相閃光燈係統設計。 電子閃光單元通過電離氙氣填充的玻璃外殼由一個大電容器的放電驅動進行操作。 短命的,高電壓由變壓器脈衝引起的氙氣電離,從而使電容放電通過現在導電氣體。 突然一陣耀眼的光芒發出,之後氙氣迅速返回到非導電狀態,電容器充電。 閃光管提供5,500 K照明在瞬間爆破,可以捕獲一個顯著量對象細節的攝影,數碼影像,和顯微攝影令人矚目的成果。

弧光放電燈,充滿了氣體,如汞蒸氣和氙氣,所青睞的照明來源為一些特定形式的熒光顯微鏡。 一個典型的弧光燈比鎢基對口亮10-100倍,當與特殊塗層雙色幹擾濾波器相結合,可提供絢麗的單色照明。 不同於鎢和鎢 - 鹵燈,弧光燈不包含長絲,而是依賴於氣態蒸汽的電離雖然兩個電極之間的高能量的電弧放電產生的強烈的光。 在一般情況下,弧光燈具有大約100-200小時的平均壽命,且最外部電源都配有一個計時器,使顯微鏡監視多少時間已過。 汞弧燈(通常被稱為燃燒器 ,參見圖6中示出的汞和氙氣燈)50 200瓦範圍內的功率,並且通常包括下在石英玻璃外殼的高水銀蒸氣壓密封兩個電極。

汞和氙弧燈不提供甚至從近紫外到紅外的整個波長光譜跨越照度。 大部分的汞弧光燈的強度被消耗在近紫外和藍色光譜,大部分在除了在綠色光譜區幾更高波長峰的300-450納米範圍內,產生的高強度的峰。 與此相反,氙弧燈有跨越可見光譜的更廣泛和更均勻的強度輸出,並沒有表現出非常高的光譜強度的峰是汞燈特征。 氙氣燈是缺乏紫外線,但是,抒發他們的強度很大比例的紅外線,需要小心的控製和消除,當這些燈是采用多餘的熱量。

利用發光二極管作為照明的實際源的時代已經到來的二十一世紀,二極管是一個理想的補充半導體技術和光學顯微鏡的結合。 相對較低的功耗(1〜3伏在10至100毫安),以及發光二極管工作壽命長,使得當低到白光中等強度水平是必需這些設備完善的光源。 連接到通過通用串行總線(USB)端口,或由電池供電接口電腦顯微鏡,可以利用LED作為一種小型,低發熱,低功耗和低成本的內部光源進行目視觀測與數字圖像捕捉。 幾個教學和入門級顯微鏡研究目前使用的內部,高強度的白光發光二極管作為主光源。

雖然環氧信封光投影特性仍在探索,發光二極管,目前正在測試和銷售在各種各樣的應用中,如交通信號燈,標誌,手電筒,和外部環式照明裝置為顯微鏡。 由白色LED所產生的光具有與一個水銀蒸氣燈,它是在日光照明類的色溫範圍。 在圖3中給出檢查的白光LED的發射光譜,在460納米的透射峰,是由於藍色光的氮化镓半導體二極管發射的,而寬高傳輸範圍位於550和650毫微米的由一個發射的二次光的結果之間熒光粉塗層的聚合物護套內。 波長的組合產生具有相對較高的色溫,這是一個合適的波長範圍內進行成像和觀察在光學顯微鏡的“白”光。

激光光源

可見光的另一個來源正變得越來越重要在AG亚游集团的日常生活是激光照射。 的縮寫, 激光是一個縮寫對於L的洞察力一個 mplification由S timulatedřadiation以東使命。 其中激光器的獨特功能是,它們發出光的連續梁單個離散波長(或有時幾個波長)的退出設備在一個單一的,一致的階段,通常被稱為相幹光組成的。 光由激光器發射的光的波長依賴於從該激光晶體,二極管或氣體組成的材料。 激光器產生的各種形狀和大小,範圍從微小的二極管激光器小到足以穿過針的眼,到填滿整個建築龐大的軍事和研究級儀器。

激光器被用作在許多應用中,從光盤讀取器來測量工具和手術器械的光源。 熟悉的紅光氦氖(通常縮寫的He-Ne)激光掃描消費者購買由照明光學條形碼,但也發揮了很多激光掃描共聚焦顯微鏡係統中的關鍵作用。 激光在光學顯微鏡的應用也越來越重要,無論是作為唯一的光源,並與熒光燈和/或白熾燈光源組合。 盡管成本相對較高,激光器發現熒光,單色明特別廣泛的應用,並在快速增長的激光掃描共聚焦,全內反射,熒光共振能量轉移和多光子顯微鏡的領域。

氬離子激光器(圖8)產生強大的光譜發射在488和514納米,而氪氣體激光器表現出在647.1和752.5納米波長的大峰。 這兩種激光器通常被用作為在激光掃描共聚焦顯微鏡激發源。 摻鈦藍寶石晶體鎖模脈衝激光器被用作源多光子激發,由於其高峰強度,而且還具有低平均功率和短工作周期。 作為優選的光源為多光子顯微鏡,脈衝激光是相當昂貴和困難比在共聚焦顯微鏡中使用的小的,空氣冷卻的激光來進行操作。

較新的激光技術具有基於半導體激光二極管和單芯片上的激光器,可以降低對光源的大小和功率要求。 激光二極管,如釹:釔鋰氟化物(釹:YLF)和釹:釩酸釔(的Nd:YVO 4),通常是快得多的響應比發光二極管,但也比較小,而且需要很少的功率。 使用激光在顯微鏡的缺點包括對光源的額外費用,以昂貴的光學器件損壞的風險,用鏡頭和反光鏡塗料相關成本增加,破壞的標本,並在顯微鏡潛在的視網膜損傷,如果安全處理和操作技術都被忽略。

從這種討論,很明顯的是,雖然有多種可用的照明源的,AG亚游集团一般依靠隻有少數在AG亚游集团的日常生活中。 在白天陽光作為AG亚游集团的主要戶外照明源,而AG亚游集团一般依賴熒光燈和鎢絲燈照明在室內,並在傍晚時分。 如上所述,三個主要來源這些照明都具有不同的特性和光譜特性,但是它們的最大強度都下降的可見光範圍之內。人類的大腦會自動調整到不同的光源,和AG亚游集团解釋AG亚游集团周圍的大多數物體的顏色,當它們被照明的不同條件下觀察很難改變。



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