顯微鏡的發展

顯微鏡是一種借助物理方法產生物體放大影像的儀器。最早發明于16世紀晚期，至今已有四百多年的歷史。現在，它已經成為了一種極為重要的科學儀器，廣泛地用于生物、化學、物理、冶金、釀造、醫學等各種科研活動，對人類的發展做出了巨大而卓越的貢獻。隨著現代光電子技術和計算機的高速發展，顯微測量技術在上業、國防、科技均得到了廣泛應用。本文就對顯微鏡的發展及分類作個概述。

一、顯微鏡的歷史

光學是研究光波傳播規律的科學。而顯微鏡的發展是在對光學的研究基礎上發展起來的。我國春秋時的《墨經》和古希臘學者歐幾里德的《反射光學》都對光學的研究有所記載，后來經過伽利略、牛頓、惠更斯、菲涅耳、夫瑯和費、麥克斯韋、愛因斯坦等科學家的努力，光學已發展成為物理學中一門極為重要的基礎學科，形成了嚴格的數學理論方法及實驗方法。研究光的一個分支便是光學儀器——顯微鏡。

最初的顯微鏡產生于十六世紀末期。十七世紀發明了光學顯微鏡，后來被用來發現細菌及細胞。二十世紀三十年代，Lebdeff(萊比戴衛)設計出第一架干涉顯微鏡，隨后Zemicke（卓尼克）發明了相位差顯微鏡。二十世紀五十年代，Nomarski（諾烏斯基）發明了干涉相位差光學系統，并以此設計出諾馬斯基顯微鏡。二十世紀束期，產生了共軛焦顯微鏡，并得到了廣泛應用。在光學快速發展的同時，電子學也得以迅速發展。二十世紀三十年代，德國的Bruche和Johannson制造出了第一宋菲君型傳頭式電子顯微鏡，隨后Ruaka發明了第一部磁場型傳頭式電子顯微鏡(TEM)。掃描式電子顯微鏡(SEM)在二十世紀六十年代才出現。

二、顯微鏡的分類

顯微鏡主要是由物鏡和目鏡組成，物鏡的焦距很短，目鏡的焦距很長。物鏡的作用是得到物體放大實像，目鏡的作用是將物鏡所成的實像作為物體進一步放大為虛像。顯微鏡中通過聚光鏡照亮標本，再通過物鏡成像，經過目鏡放大，最后通過眼睛的晶狀體投影到視網膜。

顯徽鏡按工作原理和它的組成結構可分為光學顯微鏡和電子顯微鏡。

1. 光學顯微鏡

光學顯徽鏡的成像原理是以光為介質，利用可見光照射在物體的表面。造成了局部散射或反射來形成不同的對比，然后再對被物體調制了的信息進行解調便可得物體的空間信息。光學顯微鏡又分為傳統的光學顯微鏡和近場顯微鏡。

2. 近場光學顯微鏡

近場光學顯微鏡是對遠場光學顯鍛鏡的革命性發展。

傳統的遠場光學顯微鏡的分辨能力一直局限于它的波長λ或孔徑nsinθ參數的大小，而近場光學顯微鏡的工作方式是將小于波長的超分辨極限的精細結構和起伏的信息從近場區的電磁場（隱失場）獲取，然后再將含該信息的隱失場變換為可進行能量輸送的傳播場，使放在遠處的探測場和成像器件可以接受到隱含在隱失場中的超分信息，從而進行測量。

它的工作原理是，當發生光衍射現象時，利用光的可逆性，即光的傳播方向反轉時，光將沿入射的途徑逆向傳播，故用含有超分辨信息的隱失波照射具有小于波長的精細結構或空間起伏的物體，如光柵，小孔，則這些光柵或小孔可把隱失波轉換成含有超分辨信息的傳導播，為遠處探測器所接受。故它的核心部件是近場探測的小孔裝置，常用的探針有小孔探針、無空探針，等離子激元探針。

近場顯微鏡的特點是樣品照明和樣品收集這兩者必須至少有一個是工作在近場，而傳統光學顯微鏡兩者都工作在遠場；近場顯微鏡采取的是網絡狀掃描成像的方法。常用的近場顯微鏡有掃描隧道顯維鏡和原子力顯微鏡。

3. 電子顯微鏡

電子顯微鏡的成像原理是根據電子光學原理，以電子束為介質，用電子束和電子透鏡代替傳統的光束和光學透鏡。電子顯微鏡利用電磁場偏折、聚焦電子及電子與物質作用所產生散射之原理來研究物質構造及細微結構的精密儀器。

由DeBroglie的波動理論：λ=h/mv=h/(2qmv)1/2可以看出電子束的波長僅與加速的電壓有關（電子束的電量及質量為固定）。根據瑞萊準則：當不相干照明時；s=0.61λ/(nxsinθ）=0.61λ/NA；當相干光照明時，s=0.7λ/(nxsinθ)-0.77λ/NA：由此可以得出電子束的波長變化直接影響顯微鏡的分辨能力。由于DeBroglie的波動理論的發現使人們改變了傳統觀念光的波長不可變，從而產生了電子顯微鏡，使得顯微鏡的解析度和放大倍數得到了數量級的飛躍。電子顯微鏡的構造與光學顯微鏡的原理相似，由三部分組成：即聚光鏡、物鏡和投影鏡（目鏡）。

電子顯微鏡按結構和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡（反射式電子顯微鏡和發射式電子顯微鏡等）和（掃描透式）顯微鏡。