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 4·10¹⁴ — 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 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.