物镜小知识(三)反射物镜 (上)

文摘   Science/technology   2024-07-16 11:58   江苏  

关于反射物镜reflecting objective 笔者原先就是听说过,也没有机会使用。今年春天去英国的时候,偶然机会得到了一枚反射物镜, 视频1:

视频1 反射物镜

大家都熟悉的光学反射最最基本的原理公式,入射角=反射角,因为与介质的性质无关(与折射率没有关系),所以反射光学元件不会发生与折射光学元件相关联的色差效应,因为折射率随波长而变化。因此,反射物镜可以在仅受镜面反射率限制的极宽波长范围内具有优异的光学性能。反射表面用铝或金进行宽带镀膜,并且再用氟化镁 (MgF2) 覆盖,可在 200 nm 至 20 μm 的范围内使用。图片1:

图1  25X-NA0.4的反射物镜

从图片1的实物照片,可以看到这一款物镜的生产厂家是Davin Optronics Ltd。为了深入了解这一款物镜,要先引入Beck Optronic Solutions,这是英国一个老牌公司,创建于1839年,公司由JJ Lister出资。这引起了作者的极大好奇,在Google可以查到他的生平,https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Jackson_Lister。原来他是一位资深光学显微镜大专家,笔者从中节选一小段文字,“J. J. Lister was deeply interested in natural history, and realized that the microscopes available in the early 19th century did not provide adequate resolution to reveal the structure of plant cells and animal cells in sufficient detail. He therefore set out to improve the design of the objective lens, improving upon the achromatic lens first designed by Chester Moore Hall and John Dolland in the 18th century, and altering the spacing of the lens elements such that the resulting compound lens not only provided better correction for chromatic aberration, but minimized spherical aberration as well.[2][3] He performed this work in his spare time, while fully engaged in his wine business. He began this work in 1824, and by 1826 he had commissioned an improved microscope stand to be made by the instrument-making firm of William Tulley.“,感兴趣的读者可以查看原文。从Beck的网页上可以发现(https://www.beckoptronic.com/history-approach/), 图片2:

图片2  Davin Optronics Ltd被收购

2010年Davin Optronics Ltd被收购,Beck 公司完全接手了Davin Optronics Ltd的反射物镜的业务,2010年以后所生产的物镜都是标有Beck的字样,图片3:

图片3 Beck公司生产的反射物镜

至此,Beck公司是全球提供反射物镜不多的供货商之一。

反射物镜由于独特的无色差,尤其在需要双波长操作的情况下表现出色,例如在使用 IR 或 UV 束激光器时对准可见光束。其它应用包括:

双光子显微镜傅立叶变换红外光谱
紫外线计量和显微镜半导体晶圆检测
光显微镜光刻
薄膜测量激光束传输系统
激光钻孔和蚀刻产品标记
激光泵浦热成像显微镜

反射物镜供货信息可以在Beck、Thorlabs、Edmund的官方网站上找到,价格不菲。期待国产反射物镜早日研发成功!

反射物镜也是和传统的物镜一样,分有限远和无限远二种,图4:

图4 左图是有限远物镜,右图是无限远反射物镜

Thorlabs网页上介绍的反射物镜原理图比较直观,推荐给大家参考,图5:

图5 无限远的反射物镜

在一般的情况下,用户基本上使用无穷远型的物镜。图5中,通过样品反射的光通过二个反射镜后,形成平行光束(红色)。因为物镜系统没有折射的光学元件,只是反射,因此消除了色差。下面就实际操作看看这无色差的反射物镜成像效果如何。图片6是实际成像系统:

图6  实际成像系统

图6系统是一个科勒照明的标准成像系统,样品采用Davin厂家提供的Silver Points 标准样品,图7:

图7  厂家提供的标准样品

当大家迫不及待的使用反射物镜系统观看标准样品的时候,其结果是大失所望,图片8:

图8  使用反射物镜的成像系统

这个结果完全超出了设想的图像样子,查看厂家提供的信息,使用反射物镜观看标准样品,应该是类似图9的效果:

图9 标准样品的图像

为了解决问题,第一时间联系了BECK中国区独家代理,上海兢地智能技术有限公司的工作人员,得到了如何设置反射物镜的方法信息,限于篇幅所限,具体的调整方法使得反射物镜正常工作的内容将在”物镜小知识(三)反射物镜 (下)"中推送,敬请关注。

PS 对于BECK中国区独家代理,上海兢地智能技术有限公司的工作人员给予的帮助,借此机会表示感谢!


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