موضوع مقاله: میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل | مقدمه: DIC بر اساس اصل تداخل سنجی اطلاعاتی در مورد طول مسیر نوری نمونه به‌دست می‌آورد و در غیر این صورت ویژگی‌های نامرئی را مشاهده می‌کند. | ## بخش 1: میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل | یک سیستم نوری نسبتاً پیچیده تصویری حاوی جسمی در طیف سیاه تا سفید در پس زمینه خاکستری ایجاد می کند. این تصویر مشابه تصویری است که توسط میکروسکوپ کنتراست فاز به دست می آید اما بدون هاله پراش روشن است. DIC با جدا کردن یک منبع نور پلاریزه به دو قسمت متعامد پلاریزه‌شده متقابل منسجم عمل می کند که از نظر فضایی در صفحه نمونه جابجا می شوند (برشی) و قبل از مشاهده دوباره ترکیب می شوند. تداخل دو قسمت در ترکیب جدید به اختلاف مسیر نوری آنها (یعنی حاصل ضرب ضریب شکست و طول مسیر هندسی) حساس است. با افزودن یک فاز آفست قابل تنظیم تداخل را در اختلاف مسیر نوری صفر در نمونه تعیین می‌کند. کنتراست، متناسب با گرادیان طول مسیر در امتداد جهت برشی است و ظاهر یک خلاصی فیزیکی سه‌بعدی مربوط به تغییر چگالی نوری نمونه را نشان می‌دهد. اگرچه تصویر با تأکید بر خطوط و لبه‌ها است، تصویری دقیق از نظر توپوگرافی ارائه نمی دهد. نور پلاریزه شده وارد اولین منشور ولاستون اصلاح شده با نومارسکی می شود و به دو پرتو در 90 درجه نسبت به یکدیگر قطبیده شده در 90 درجه نسبت به یکدیگر، پرتوهای نمونه گیری و مرجع، جدا می شود. منشورهای ولاستون نوعی منشور هستند که از دو لایه ماده کریستالی مانند کوارتز ساخته شده اند که به دلیل تغییر ضریب شکست بسته به قطبش نور، آن را تقسیم می کنند. منشور نومارسکی باعث می شود که دو پرتو به یک نقطه کانونی خارج از بدنه منشور برسند و بنابراین انعطاف پذیری بیشتری را هنگام تنظیم میکروسکوپ فراهم کتند، زیرا منشور می تواند به طور پویا متمرکز شود. این دو پرتو متمرکز از دو نقطه مجاور (در حدود فاصله 0.2 میکرومتر از هم) در نمونه عبور می کنند. نمونه توسط دو منبع نور منسجم ، یکی با قطبش 0 درجه و دیگری با قطبش 90 درجه روشن می شود. | ## بخش 2: میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل | با این حال، این دو نور کاملاً در یک راستا نیستند، به طوری که یکی نسبت به دیگری کمی منحرف شده است. آنها طول مسیرهای نوری متفاوتی را طی می‌کنند، که در آن نواحی از نظر ضریب شکست یا ضخامت متفاوت هستند. این امر باعث تغییر فاز یک پرتو نسبت به دیگری می‌شود که دلیل آن اختلاف زمانی ناشی از عبور موج از ماده‌ی از نظر نوری متراکم‌تر، است. عبور بسیاری از جفت پرتوها از جفت نقاط مجاور در نمونه (و جذب، شکست و پراکندگی آنها توسط نمونه) به این معنی است که تصویری از نمونه توسط نور پلاریزه 0 و 90 درجه ایجاد می‌شود. اینها، اگر به صورت جداگانه بررسی شوند، تصاویر میدان روشن نمونه هستند که مقداری از یکدیگر فاصله دارند. پرتوها از طریق عدسی شیئی عبور می‌کنند و در دومین منشور ولاستون اصلاح‌شده توسط نومارسکی متمرکز می‌شوند. ترکیب پرتوها منجر به تداخل، روشن‌شدن یا تیره‌شدن تصویر در آن نقطه، بسته به تفاوت مسیر نوری می‌شود. این منشور دو تصویر میدان روشن را می پوشاند و قطبش‌های آن‌ها را تراز می‌کند تا امکان تداخل داشته باشند. این بدان معنی است که به جای تداخل بین 2 پرتو نوری که از یک نقطه در نمونه عبور کرده‌اند، تداخل بین پرتوهای نوری که از نقاط مجاور عبور کرده‌اند رخ می‌دهد. از آنجا که اختلاف فاز به دلیل تفاوت در طول مسیر نوری است که این ترکیب جدید نور باعث " تمایز نوری" طول مسیر نوری می شود و تصویر دیده شده را ایجاد می کند. همانطور که در بالا توضیح داده شد، تصویر نهایی از دو تصویر میدان روشن یکسان ایجاد می‌شود که کمی از یکدیگر فاصله دارند (معمولاً حدود 0.2 میکرومتر)، و تداخل‌های بعدی ناشی از اختلاف فاز، تغییرات فاز (و بنابراین طول مسیر نوری) را به یک تصویر قابل مشاهده در تاریکی تبدیل می‌کنند. اختلاف فاز معمولی که باعث تداخل می‌شود بسیار کوچک و به ندرت بزرگتر از 90 درجه (یک چهارم طول موج) است. | ## بخش 3: میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل | این به دلیل شباهت ضریب شکست اکثر نمونه‌ها و محیطی است که در آن قرار دارند: برای مثال، یک سلول در آب فقط دارای اختلاف ضریب شکست حدود 0.05 است. این اختلاف فاز کوچک برای عملکرد صحیح DIC مهم است، زیرا اگر اختلاف فاز در محل اتصال بین دو ماده زیاد باشد، اختلاف فاز می‌تواند به 180 درجه (نصف طول موج) برسد، که منجر به تداخل مخرب کامل و منطقه تاریکی غیرعادی می‌شود. اگر اختلاف فاز به 360 درجه (یک طول موج کامل) برسد، تداخل سازنده کامل ایجاد می‌کند و یک ناحیه روشن غیرعادی ایجاد می‌کند. تصویر را می توان (با صرف نظر از شکست و جذب به دلیل نمونه و حد تفکیک تفکیک پرتو) به عنوان دیفرانسیل طول مسیر نوری با توجه به موقعیت در سراسر نمونه در امتداد برش و در نتیجه دیفرانسیل ضریب شکست (تراکم نوری) نمونه را تقریب زد. کنتراست حاصل از میدان تاریک از آفست فاز صفر (شدت متناسب با مجذور دیفرانسیل برشی)، تا تسکین معمولی مشاهده شده برای فاز ~ 5-90 درجه، تا رنگ آمیزی نوری در 360 درجه، جایی که دیفرانسیل فاز تغییر می‌کند، می‌رود. هنگامی که تصاویر با جابجایی متوالی ترکیب می شوند، تغییر فاز وارد شده توسط جسم می تواند از ساخته غیر تداخل سنجی ناخواسته جدا شود، که معمولاً منجر به بهبود کنتراست، به ویژه در نمونه های کدر می شود. وضوح آن و وضوح در شرایطی اینچنین در بین تکنیک‌های استاندارد میکروسکوپ نوری بی‌رقیب است. از کاربردهای غیر بیولوژیکی DIC، تجزیه و تحلیل پردازش نیمه‌هادی سیلیکونی مسطح است. فیلم‌های نازک (معمولاً 100-1000 nm) در پردازش سیلیکون اغلب در برابر نور مرئی شفاف هستند (مثلاً دی اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون و سیلیکون پلی کریستال)، و نقص در آن‌ها یا آلودگی بالای آن‌ها بیشتر قابل مشاهده است. این، تعیین اینکه آیا یک ویژگی یک گودال در ماده زیرلایه است یا یک لکه از مواد خارجی در بالای آن را قادر می‌سازد. کیفیت تصویر، زمانی که در شرایط مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرد، دارای وضوح فوق‌العاده است و برخلاف کنتراست فاز، تقریباً به‌طور کامل عاری از آرتیفکت است. در تجزیه و تحلیل تصاویر DIC باید همیشه جهت منشورهای ولاستون و جهت روشنایی ظاهری را در نظر گرفت، زیرا ویژگی‌های موازی با آن قابل مشاهده نیستند. | ## جمع‌بندی | با این حال، با چرخاندن نمونه و مشاهده تغییرات در تصویر به راحتی می‌توان بر این مشکل غلبه کرد.