Преодление дифракцонного предела с помощью отражённого света

[ChipPick]

Всем привет! Как известно, дифракционный предел не позволяет рассмотреть через микроскоп объекты, имеющие размер меньше половины длины волны света. Но если наноразмерный объект испускает свет (флуоресцирует), можно определить его положение в пространстве.

Мне нужно увидеть наночастицу, плавающую в жидкости, через обычный микроскоп. Размер частицы- не более 50 нм (а лучше как можно меньше!). Материал- металл (железо, никель и пр.). Но мне видится более простой способ, чем флуоресценция (это же её ещё заставить надо светиться!). Я думаю, что необходимо сделать наночастицу источником не прямого, а отражённого света, т.е. осветить жидкость, в которой будет плавать объект, мощным лучом света. Свет будет отражаться наночастицей, выдавая её местонахождение. Через микроскоп увидим пятно рассеяния и сможет определить, где она находится. У меня слабые познания в физике, поэтому без вас мне не разобраться, реально ли это!

Условия:
Наблюдение частицы через обычный оптический микроскоп Х1600 крат (но можно и больше, если есть смысл);
Источник света- простые светодиоды из бытовых источников освещения.
Луч собираем и направляем на каплю с жидкостью, задний фон- абсолютно чёрный.

Вопросы:
1)Возможно ли увидеть пятно рассеяния наночастицы (и соответственно определить её положение) при помощи отражённогосвета?

2)Обязательно ли использовать лазер или подойдёт любой источник света (светодиоды)?

3)Длина волны светового потока будет определять размер пятна рассеяния, я правильно понимаю?

Pphantom:

Не стоит злоупотреблять шрифтовыми эффектами. Часть красот убрал.

[amon]

Что значит "увидеть"? Определить местоположение или что-то еще?

[ChipPick]

amon в сообщении #1058187 писал(а):

Определить местоположение

Именно.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

-- 01.10.2015, 18:57 --

ChipPick в сообщении #1058184 писал(а):

1)Возможно ли увидеть пятно рассеяния наночастицы (и соответственно определить её положение) при помощи отражённого света?

Сама по себе идея вполне корректна и ответ на именно этот вопрос - да. Венеру или Юпитер Вы на небе видите? Углового разрешения глаза для того, чтобы увидеть диск, не хватает, светят они отраженным светом, однако же...

Но есть другая проблема - как заставить частицу размером существенно меньше длины волны излучения отражать это самое излучение.

ChipPick в сообщении #1058184 писал(а):

2)Обязательно ли использовать лазер или подойдёт любой источник света (светодиоды)?

Разницы не будет.

ChipPick в сообщении #1058184 писал(а):

3)Длина волны светового потока будет определять размер пятна рассеяния, я правильно понимаю?

Как и в первом случае - ответ на именно этот вопрос положителен, но, боюсь, бесполезен.

[amon]

Гляньте "Борн, Вольф. Основы оптики." Стр. 585 параграф 13.5 - теория Ми. Для начала можно пролистать все вплоть до картинок. (до 603 стр.). Может на какие мысли наведет.

[Pphantom]

amon в сообщении #1058194 писал(а):

Гляньте "Борн, Вольф. Основы оптики." Стр. 585 параграф 13.5 - теория Ми.

Это уж скорее рэлеевское рассеяние, для содержательного использования теории Ми частицы маловаты.

[amon]

Pphantom в сообщении #1058196 писал(а):

для содержательного использования теории Ми частицы маловаты.

IMHO, идеально подходит. Для малых частиц будет чисто дипольное излучение, и надо оценить, хватит ли интенсивности, что бы хоть что-то увидеть. Опять же, IMHO, смотреть надо на черном поле рассеяние назад.

[Pphantom]

amon в сообщении #1058199 писал(а):

IMHO, идеально подходит. Для малых частиц будет чисто дипольное излучение

Ну да. Просто именно в теории Ми для этого разбираться не надо, это сравнительно простой случай.

[amon]

Так я к картинкам и отослал ;)

[Евгений Машеров]

0. Отражать свет с данной длиной волны частицы размером меньше этой длины волны не будут. Там будут дифракционные эффекты.
1. Это Вы, похоже, ультамикроскоп изобрели. Второй раз с 1903 года. Только он показывает не частицы, а их наличие (размер тоже можно оценить).

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_phys ... 0%9E%D0%9F
2. Когерентное излучение не обязательно, но если есть такой источник, он даст дополнительные возможности (фазово-контрастная микроскопия).

[Xey]

ChipPick в сообщении #1058184 писал(а):

2)Обязательно ли использовать лазер или подойдёт любой источник света (светодиоды)?

В ультрамикроскопе желательна максимальная яркость источника света. У светодиода яркость много меньше, чем у лампочки накаливания , у ксеноновой (дуговой) больше, а у лазерного диода много больше.

[ChipPick]

Евгений Машеров в сообщении #1058374 писал(а):

Отражать свет с данной длиной волны частицы размером меньше этой длины волны не будут. Там будут дифракционные эффекты

Что вы имеете ввиду? Что мы увидим только мутное пятно, по которому нельзя определить ни форму, ни какие-либо детали объекта? Если так, то мне это и нужно! Главное-понять, есть ли вообще этот объект в капле и каково его положение в пространстве.

Евгений Машеров в сообщении #1058374 писал(а):

Это Вы, похоже, ультамикроскоп изобрели. Второй раз с 1903 года

Такое со мной не впервые Спасибо за ссылку. Это то, что нужно!

Pphantom в сообщении #1058190 писал(а):

Но есть другая проблема - как заставить частицу размером существенно меньше длины волны излучения отражать это самое излучение.

Pphantom в сообщении #1058190 писал(а):

Как и в первом случае - ответ на именно этот вопрос положителен, но, боюсь, бесполезен.

Возможно, вы не совсем поняли мой вопрос: мне не нужно определять реальные размер и форму частиц. Наиболее полно мою задачу описывает цитата из вышеприведённой ссылки про ультрамикроскоп:

Цитата:

прибор для обнаружения мельчайших (коллоидных) частиц, размеры к-рых меньше предела разрешения (см. Разрешающая способность оптических приборов) обычных световых микроскопов. Возможность обнаружения таких частиц с помощью У. обусловлена дифракцией света на них. При сильном боковом освещении каждая частица в У. отмечается наблюдателем как яркая точка (светящееся дифракц. пятно) на тёмном фоне

Когда в комнату пробивается солнечный свет из окна, на фоне темноты хорошо видны пылинки, летающие в воздухе. Нужно примерно то же самое, только на частицах 10-50 нм.

[Theoristos]

ChipPick в сообщении #1058184 писал(а):

Всем привет! Как известно, дифракционный предел не позволяет рассмотреть через микроскоп объекты, имеющие размер меньше половины длины волны света.[/info]

"Сириус увидеть невозможно" (с)

Не "увидеть", а "разрешить два близких объекта"

[AlexLib]

ChipPick
у Вас - типичная задача обнаружения дефекта (пылинки) на полупроводниковой пластине (WАFER) при производстве микрсхем. В промышленных системах координаты таких дефектов определяют с точностью несколько микрон,
используют лазеры (желательно - УФ). Лазерный пучок сканирует пластины, и в каждой точке регистрируется угловое распределение рассеянного излучения. Использование поляризации луча ( поляризатор перед детектором) повышате отношение сигнал/шум.