Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

102 Materialwissenschaft, Mikro- und Nanotechnik 24 A1 Überlege welchen Einfluss eine Verkleinerung der Brennweiten von Objektiv und Okular und eine Ver- größerung der Tubuslänge (Abstand der innerhalb des Mikroskops liegenden Brennpunkte) auf die Ver- größerung des Mikroskops hat! A2 Wiederhole die Beugung von Wellen. Die nützliche Steigerung der Vergrößerung durch ein Lichtmikroskop wird begrenzt durch die Beugung des Lichts an der Öffnung des Objektivs. Ein einzelner leuchtender Punkt wird wegen der Beugung nicht als Punkt sondern als helles Scheibchen ( Airy-Scheibe ) abgebildet, das von konzentrischen hellen Kreisen umringt ist, die nach außen immer schwächer wer- den. Zwischen den hellen Zonen liegen Intensitätsmi- nima. Zwei leuchtende Punkte können dann von einer Linse oder einem Linsensystem getrennt abgebildet werden, wenn die Intensitätsmaxima der Airy-Schei- ben nicht näher beisammen sind, als der Abstand des ersten Intensitätsminimums vom Mittelpunkt der Airy-Scheibe ( Rayleigh-Abbe-Kriterium ). Die- ser minimale Abstand d min ist ungefähr gleich groß wie die Wellenlänge m des verwendeten Lichtes. Bei konventionellen Lichtmikroskopen erreicht man bei m = 500 nm (grünes Licht) eine nützliche Vergröße- rung von etwa 300. A3 Gib an, wie sich die Größe der Airy-Scheibe und das Auflösungsvermögen ändern, wenn die Wellen- länge des verwendeten Lichts verkleinert wird! A4 Gib an, wie sich die Größe der Airy-Scheibe und das Auflösungsvermögen ändern, wenn der Durch- messer des Objektives vergrößert wird! Für die Qualität des Bildes ist neben den optischen Eigenschaften von Objektiv und Okular auch noch wichtig, wie das Objekt beleuchtet wird, und welcher Stoff sich zwischen Objekt und Objektiv befindet. Fügt man beispielsweise zwischen Objekt und Objek- tiv ein Immersionsöl mit hohem Brechungskoeffizi- enten ( n ≈ 1,5) ein, so gelangt mehr Licht vom Objekt ins Objektiv und die Bildqualität steigt. Hinsichtlich der Art der Beleuchtung unterscheidet man zwischen Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuch- tung . Das Objekt erscheint dunkel vor hellem Hinter- grund (Hellfeldbeleuchtung), wenn das Objektiv vor allem Licht sammelt, das vom Kondensor kommend das Objekt durchdringt (Transmission). Durch eine zentrale Blende im Kondensor kann das transmittie- rende Licht ausgeblendet werden. Das Objekt wird dann nur mehr seitlich beleuchtet und in das Objek- tiv gelangt nur mehr Licht, das vom Objekt reflektiert wird. In diesem Fall erscheint das Objekt hell vor dunk- lem Hintergrund (Dunkelfeldbeleuchtung). In der Re- gel sind die Bilder, die bei Dunkelfeldbleuchtung ent- stehen, kontrastreicher und zeigen mehr Details. A5 Wiederhole Totalreflexion und Tunneleffekt! Eine besondere Form der Dunkelfeldbeleuchtung ist jene mit sogenannten evaneszenten Wellen . Der- artige Wellen entstehen wegen des Tunneleffekts im optisch dünneren Medium, wenn an der Grenzfläche zum optisch dichteren Medium Totalreflexion auftritt. Die Intensität evaneszenterWellen nimmt mit der Ent- fernung von der Grenzfläche exponentiell ab. Die eva- neszenten Wellen pflanzen sich praktisch nur parallel zur Grenzfläche fort. Im Ultramikroskop verwendet man einen Kondensor, aus dem nur evaneszente Wel- len so austreten, dass grenzflächennahe Objekte be- leuchtet werden (total internal reflection microscopy) . Eine weitere Erhöhung des Kontrastes kann bei fluo- reszierenden Objekten erreicht werden, indem man das Objekt mit UV-Licht bestrahlt. Das Objekt wird dann vom Mikroskop in seinem Fluoreszenzlicht vor dunklem Hintergrund abgebildet. Abb. 102.1 Airy-Scheibe eines einzelnen Punktes (Negativ) mit der zugehörigen Intensitätsverteilung des Lichtes als Funktion des Abstandes vom Zentrum der Scheibe. A B radialer Abstand transmittierte Intensität Abb. 102.2 Airy-Scheiben zweier nahe beisammen liegender Punkte, die voneinander noch getrennt abgebildet werden werden können. A B radialer Abstand transmittierte Intensität Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv