Способ устранения аберрации в электронных микроскопах

Волны в противофазеВ 1947 г. английский  физик  Дэннис  Габор  предложил  интересный  способ  устранения  аберрации  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   4·1014 — 7,5·1014  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  180о,  а  белые  области там  –   где  волны  попали  в  фазу,  то  есть  со  сдвигом  фаз  в  0о.  Остальные  участки  серого  цвета  соответствуют  промежуточным  случаям,  когда  сдвиг  фаз  больше  или  меньше  180о.

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,  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.