内置导光光纤的显微镜照明光路设计

引言

在现代生活中，显微镜的应用越来越广泛。由

内置导光光纤的显微镜照明光路设计

王从柯1,2 周定华2 易伟2 朱向冰1

（1. 安徽师范大学物理电子信息学院，安徽芜湖 241000；

2. 奇瑞汽车有限公司电子电器部，安徽芜湖 241006）

Built-in Optical Fiber Microscopy Illumination

Light Path Design

WANG Congke 1,2 ZHOU Dinghua 2 YI Wei 2 ZHU Xiangbing 1

(1. School of Physics and Electronic Information, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China;

2. Electronic Department of Chery Automobile Company, Wuhu 241006, China)

Abstract: In order to solve the problem of low light efficiency, high energy consumption, high cost in the microscope lighting, this paper proposes a built-in optical fiber microscope design scheme. With the optical fibers pasted on the inner wall of the tube, the LED light spreads into the optical fibers, and transmits downward along the tube wall, through the objective lens to the observed objects. This scheme has the advantages of high efficiency, low energy consumption, simple structure, low cost, better heat dissipation performance, long service life, etc.Key words: microscope; optical fiber; tube; objective lens; LED

经验交流

为了解决目前显微镜光源照明存在的光利用率低、能耗高、成本高的问题，提出了1种内置导光光

纤的显微镜设计方案，在镜筒内壁粘贴上导光光纤，LED 光源发出的照明光进入导光光纤中，在导光光纤中沿镜筒内壁向下传播，透过物镜照射到被观察物体上。本方案具有光利用率高、能耗低、结构简单、成本低、散热性能优、使用寿命长等优点。

显微镜；导光光纤；镜筒；物镜；LED

摘要：关键词：中图分类号：TH742 文献标识码：A DOI ：10.3969/j.issn.1002-6150.2017.01.006

于通过显微镜在自然光下看物体时光照度较暗，不能很好地观察物体，故市面上出现了电光源（通常

CHINA LIGHT & LIGHTING

2017年第1期

是荧光灯和汞灯）显微镜。目前电光源显微镜有两

种。1种是在显微镜的底座中装有照明灯、聚光镜、

反光镜及灯电路等，显微镜底座大多为方形[1]。这

种显微镜的照明方式是由下而上或者从物镜外部侧

向照明，其存在以下几个缺陷：通过物镜进入到镜

筒的光非常弱，光照效果差；人眼看到物体层次感

和立体感比较差；因底座面积有限，限制了光源系统的体积，难以使用大功率光源进行照明，对于一些反射率较小的物体难以仔细观察[2]。另1种显微镜是利用半透半反镜达到同轴光照明效果。在显微镜镜筒内部安置半透半反镜，半透半反镜又称分光镜，光源发出的光经漫射膜到达半透半反镜上，从漫反射膜上出来的光一部分透过半透半反透镜而被吸收掉，另一部分从半透半反镜反射到物体上；物体的反射光一部分透过半透半反镜进入目镜，其余部分被半透半反镜反射出去，光源发出的光被利用的部分不超过1/4。这种显微镜中对半透半反镜的质量要求很高，而且对半透半反镜的安装精度要求高，半透半反镜在生产过程中的次品率较高，成本也较高，这种方案具有光利用率低，能耗高，结构复杂，成本高等缺陷[3-4]。

为了克服上述缺陷，本文提出了1种在显微镜镜筒内壁加入导光光纤导光的技术方案，可有效降低产品的生产成本，提高显微效果；且在光源方面用LED光源代替了传统的荧光灯或汞灯。LED作为21世纪绿色照明光源，相比传统的显微镜照明光源，具有耗电量少、发光效率高、使用寿命长、节能环保、体积小、重量轻、可靠性高、无频闪等优点[5-6]。

1 内置光源显微镜的设计

本文设计的内置导光光纤的显微镜，采用镜筒长度为16 cm，内外半径分别为2 cm和1.5 cm，且在其内壁附着1圈导光光纤（如图1所示），采用光纤直径为0.5 cm，光纤的纤心直径为0.46 cm；在靠近目镜的镜筒一端放置1个LED环形灯管，其尺寸为内外半径分别为1.5 cm和1 cm，恰好咬合镜筒的内外壁，使其发出的光线只能沿着镜筒内壁附着的光纤向下传输；目镜采用两个面曲率半径都是5 mm的凸透镜，物镜使用平凸透镜，其曲率半径为2.5 mm和无穷大。

在光源的设计方面：所用到的LED环形灯管是由1圈白光LED排列而成（如图2所示），且每个灯珠对应1根光纤端头。这些LED都粘贴在1块环形铝板上，铝板扣在环形槽内，与铝制环形槽紧密接触，环形槽内侧的环面经过镀铝处理以提高反射率；环形槽又和铝制镜筒紧密接触以提高LED 的散热效果。LED使用CREE MX-6型号4 W的白光LED；LED驱动电路为可调稳压电路，电路包括电阻、可调电阻、二极管、稳压器和滤波电容等；电路采用15 V供电，稳定的最大输出为12 V，通过改变LED灯的电压来改变LED灯照度；同时此电路可以控制多路LED灯，电路的电压比较稳定，保证LED灯光照的稳定性。其结构图如图3、图4。

整套显微镜的工作原理：在内镜筒壁上粘贴导光光纤，光源发出的照明光进入导光光纤中，在导光光纤中沿着镜筒内壁向下传播，透过物镜照射到被观察物体上，然后光线经过物面反射透过物镜进入内镜筒，再由目镜出射，实现显微照明效果。工作光路如图5。

目镜出光效果分析

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王从柯等：内置导光光纤的显微镜照明光路设计

光线由内置环形灯管发出，经过导光光纤和

物镜照射到物面上，然后经过物面反射和物镜的折射进入内筒，再通过目镜射出，被人眼观测。利用Tracepro 软件，模拟追迹目镜的出射光，其分析效果图如图6。

由上图分析可知，此方法目镜出射面的光能量场的分布近似于高斯分布，光能主要都集中在主光轴上，使得光源发出的光能量能有效地被利用，提高了光利用率和显微镜中视场的亮度；同时也能有效地提高对物面的观察效果（载玻片和光能都在主光轴上时显微效果最好）。

为了与普通外置光源显微镜或反射式显微镜对比，本文简易搭建规格参数相同的显微镜模型，其光源外置于目镜的下方，光源发出的照明光透过玻片和物镜进入镜筒，然后再通过目镜射出，实现显微照明效果，其原理图和光路图如图7所示。利用Tracepro 软件，模拟追迹目镜的出射光，其分析效果如图8。

对比上面内置光源显微镜，常规外置显微镜的光线不够集中，且能量中心不在主光轴上，这对

物体的观察有一定的影响，相比于内置光源的显微镜，其光线的利用率低以及对载玻片的观察效果较差。

3 总结

由以上分析可知，内置光源显微镜结构的设计同市面上的显微镜相比较，具有光利用率高，能耗低，结构简单，生产工艺简单，价格相对低廉，使用寿命长等优点，可有效解决传统显微镜中视场亮度不足、光利用率低、结构长度较长等不足，且光源使用白光LED ，寿命、功耗都要优于目前电光源显微镜普遍使用的荧光光源和汞灯光源。同时，光源发光可控，可以根据实际情况设计镜筒的大小与长度，为便携式显微镜的设计提供可行性的设计方案。

参考文献

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（本文编辑孙爽）

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2017年第1期

显微镜荧光波长详解

人肉眼对光源波长的颜色感觉红色770-622 nm 橙色622~597 nm 黄色597~577 nm 绿色577~492 nm 蓝靛色492～455nm 紫色455～350nm

?常见显微镜滤光片的波长在激发波长在Ex范围内才能被激发，只有发射光波长大于BA/EM才能被观察到，背景光的波长只有大于DM才能被观察到。红色滤光片G-2A Ex 510-560 DM 575 BA 590 绿色滤光片B-2A Ex 450-490 DM 505 BA 520 蓝色滤光片UV-2A Ex 330-380 DM 400 BA 420 ?其它荧光染料介绍【菁类染料-Cyanine dyes(Cy2,?Cy3,?Cy5)】 Cy2耦联基团激发波长为492nm，发光为波长510nm的绿色可见光。Cy2和FITC使用相同的滤波片。由于Cy2比FITC在光下更稳定。要避免使用含有磷酸化的苯二胺的封片剂，因为这种抗淬灭剂和Cy2反应，在染色片储存后会导致荧光微弱和扩散。Cy3和Cy5比其他的荧光团探针要更亮，更稳定，背景更弱。Cy3耦联基团激发光的最大波长为550nm，最强发射光为570nm。因为激发光和发射光波长很接近TRITC, 在荧光显微镜中，可使用和TRITC一样的滤波片。

Cy3在氩光灯(514nm或528nm)下可以被激发出50％的光强，在氦氖灯(543nm)或者汞灯(546nm)下则约75％。Cy3可以和荧光素一起作双标。Cy3还可以和Cy5一起在共聚焦显微镜实验中作多标记。Cy5耦联基团的激发波长最大650nm，发光波长最大670nm。在氪氩灯(647nm)下它们可被激发出98％的荧光，在氦氖灯下(633nm)为63％。Cy5可以和很多其他的荧光基团一起用在多标记的实验中。由于它的最大发射波长在670nm，Cy5很难用裸眼观察，而且不能用汞灯作理想的激发。通常观察Cy5时采用具有合适激发光和远红外检测器的共聚焦显微镜。在水相封片剂中应当加入抗淬灭剂。使用传统的表面荧光显微镜时，不推荐使用Cy5。【藻红蛋白或藻胆色素蛋白-Phycoerythrin(PE)荧光标记二抗】存在于被称为藻红的多聚微粒中，位于叶绿素的反应中心，在自然结构中，藻红蛋白吸收光能，吸收后转化成能量，供其发育生长。当藻红蛋白被分离和纯化后，其蛋白质变得具有很强的荧光，能吸收不同波长的光，发出亮红色的荧光，此时不再接受任何外来的光，也不能转移光能。藻红蛋白PE的吸收波长范围较广，最大的吸收波长为566nm，最大的发射波长为574nm。藻红蛋白作为荧光标记物具有以下优点：首先具有强的长波长激发和发射荧光，可避免来自其他生物材料荧光的干扰；并且具有极高的发射量子产率；另外PE具有非常高的水溶性而且与许多生物学或合成材料的多位点稳定交联。【Aminomethylcoumarin Acetate (AMCA)】耦联的AMCA吸收光波长最大为350nm，发荧光则为450nm。对于荧光显微镜来说，AMCA可以用汞灯来激发，用紫外滤板来观察。由于AMCA的信号相对较弱，单标实验中不推荐使用AMCA。AMCA和荧光素的荧光波长只有很小的重叠范围，而和发出长波长荧光的荧光基团没有或者只有极少的重叠，因此它最常用于多标记实验中，比如免疫荧光显微镜和流式细胞仪。由于人眼不能很好的检测蓝色荧光，在多标记的实验中，AMCA耦联的二抗应当被用于检测大量的抗原。AMCA和荧光素一样很快淬灭，使用抗淬灭剂可以减轻。且由于肉眼不能很好的检测AMCA所激发的蓝色荧光，因而AMCA耦联的二抗更适用于检测大量存在的抗原。如果使用在流式细胞仪中，AMCA可以用汞灯或者水冷却的氩光灯激发，因为它们发出的光线是在光谱的紫外区。注：由于观察荧光需要一定波长的激发光，必须根据实验室已有的仪器可发光的波段进行选择。另外，多标记中对探针色彩区分程度的要求。例如，若丹明红-X (RRX)和德克萨斯红(TR)荧光素的区别就比四甲基若丹明(TRITC)或者Cy3的区别明显。如果对灵敏度有更高的要求，则Cy3和Cy5就比其他的荧光团探针要亮。西美杰备有全面的二抗现货产品并能提供最完整的二抗产品线。主要二抗品牌为全球最大的二抗和底物生产厂商KPL以及前沿抗体生产商ProteinTech。针对荧光标记二抗，有FITC、TRITC、Rhodamine、PE、Cy3/5、AMCA、Dylight等多种荧光标记二抗；按照检测物种分，有抗人、大鼠、小鼠、猪、驴、绵羊、山羊、小鸡、马、兔、仓鼠、狗、牛，以及多种细菌类二抗；另外，还有IgG、IgA、IgM以及IgG(Fc)、IgG(ab’)2等不同类型抗体。 The role of filters in epi-fluorescence microscopy 在激发波长在Ex范围内才能被激发，只有发射光波长大于BA/EM才能被观察到，背景

光纤传光原理

11-2 光纤传光原理一、教学目的 1．了解光的全反射原理 2．掌握光的全反射条件 3．了解光纤传光原理二、教学重点难点重点：光的全反射条件难点：由折射定律计算临界角三、教学器材光具盘四、教学建议教法建议：多媒体演示光的全反射现象，讲解，讨论教学设计方案：（一）多媒体课件演示引入新课草叶上露珠在阳光下晶莹透亮；透过杯壁观察盛满水的玻璃杯水面，光灿如银；水或玻璃中的气泡显得特别明亮。为什么会出现这一些现象呢？这些都是光的全反射引起的。（二）引出课程内容 1．光的全反射（1）通过下面的实验观察光发生了怎样的变化。让一束光沿着半圆柱玻璃砖从玻璃射向空气。（见11-7图），这时可以同时看到反射光线和折射光线，这两条光线都比入射光线要弱。增大入射角，折射角也随之增大，这时折射光线 90，这时折射越来越弱，反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度?时，折射角等于0 光线沿两种介质的界面传播。再增大入射角，折射光线消失，只剩下反射光线，光线全部反射回到玻璃中，如下图所示。此时的反射光线几乎与入射光线一样亮。图 11-7：观察光的全反射现象（2）光的全反射定义 90折射角的入射角?称为临入射光全部被反射回原介质的现象称为光的全反射。对应于0 界角。

(3) 光发生全反射必须具备的条件是： ①光从光密介质射向光疏介质； ②入射角大于临界角。复习提问：什么叫光疏介质，什么叫光密介质？答：两种介质相比较，折射率较小的（或光传播速度较大的）称为光疏介质；折射率较大的（或光传播速度较小的）称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。记住：光的全反射现象只发生在光密介质内部，如果光线从光疏介质射入光密介质不会发生全反射。（4）临界角的计算同学们还记得上次课所学习的折射定律吗？（提问2到3名同学回答，并在黑板上写下折射定律表达式）由折射定律可以计算临界角： 201 sin sin 90n n ?= 21 sin n n ?= (11—5) 若光从某介质n 射向真空(或空气)，则 2n =l 1sin n ?= 根据上式，只要知道某种介质的折射率n ，就可以求出它对真空(或空气)的临界角?。书上用表11—2为我们列出了几种介质对真空(或空气)的临界角。（5）全反射技术的应用全反射在生产技术中有着广泛的应用。用全反射棱镜可以制造潜望镜；利用光在光导纤维中的全反射传光、传像等更是当今世界上最先进的通信方式。提问请同学们思考讨论：全反射在生产技术中还有哪些广泛应用？（6）例题讲解例题1.某种玻璃的折射率1n =1.52，水的折射率2n =1．33，光线如何射人，可在界面发生全反射?临界角?多大? 解因为玻璃相对水是光密介质，所以只有当光从玻璃射向水里时才可能发生全反射，得 201sin sin 90n n ?= 21sin n n ?==1.331.52 =0.875 临界角?=0/ 613

原子力显微镜的原理及使用

原子力显微镜的原理及使用通过近代物理实验课的学习，了解了许多仪器的工作原理以及使用方法，对今后的科研学习有很大的帮助。其中原子力显微镜就是其中之一，对于做材料方面的专业来说，原子力显微镜在表征物质的表面结构及性质起着重要的作用。前段时间我们利用AFM对用RF磁控溅射制备的PZT薄膜进行了表征，通过对AFM的使用并查找相关文献，使我对原子力显微镜有了更加深刻的认识。原子力显微镜，英文：Atomic Force Microscope ，简写： AFM。是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时,其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲,偏离原来的位置.根据扫描样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品表面的形貌或原子成分。它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分辨率也在纳米级水平。AFM测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。一、仪器结构：在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。 1、力检测部分在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。 2、位置检测部分在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂cantilever摆动，所以当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作信号处理。 3、反馈系统在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。 AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料，当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与所加的电压的大小成线性关系。也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面扫描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动，再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。二、工作原理：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法

显微镜结构介绍

（一）、显微镜的基本结构：显微镜构造很复杂,种类很多,但基本结构是由机械和光学两大部分构成,现分述如下： 1、机械部分：它是为光学部分服务的部件,包括以下九部分： (1)、镜座：显微镜最下面呈马蹄形或园形的部分,起稳定和支持镜身作用. (2)、镜柱：从镜座向上直立的短柱.上连镜臂,下连镜座,可以支持镜臂和载物台. (3)、镜臂：弯曲成马蹄形的部分,便于手持,下端与镜柱相连接的地方有一个倾斜关节,可使镜臂倾斜,便于观察. (4)、载物台：自镜臂下端向前伸出,放置标本用的平台,其中央有一个园孔,叫通光孔.台上有一移动器（老式的左右各有一个压片夹）,用以固定和移动标本. (5)、镜筒：和镜臂上方连接的园筒部分.有的显微镜镜筒内有一抽管,可适当抽长,一般长度是160－170毫米.镜筒上端装有目镜,下端有一个可转动的园盘,叫物镜转换器（或叫物镜旋转盘,固着在镜筒下端,分两层,上层固着不动,下层可自由转动.转换器上有2～4个圆孔,用来安装不同倍数的低倍或高倍物镜）.作用是保护成像的光路与亮度. (6)、调节器（也叫调节螺旋）：为镜壁上两种可转动的螺旋,一大一小,能使镜筒上下移动,调节焦距.大的叫粗准焦螺旋,位于镜臂的上方,可以转动,以使镜筒能上下移动,从而调节焦距,升降镜筒较快,用

于低倍镜对焦；小的叫细准焦螺旋,位于镜臂的下方,它的移动范围较粗准焦螺旋小,升降镜筒较慢,可以细调焦距. (7)、倾斜关节：镜柱和镜臂交界处有一个能活动的关节.它可以使显微镜在一定的范围内后倾（一般倾斜不得超过45°）便于观察.但是在使用临时封片观察时,禁止使用倾斜关节,尤其是装片内含酸性试剂时严禁使用,以免污损镜体. (8)、载物台：从镜臂向前方伸出的金属平台.呈方形或圆形,是放置玻片标本的地方.其中央具有通光孔,在通光孔的左右有一个弹性的金属压片夹,用来压住载玻片.较高级的显微镜,在载物台上常具有推进器,它包括夹片夹和推进螺旋,除夹住切片外,还可使切片在载物台上移动. 2、光学部分：由目镜、物镜、反光镜、聚光器等四部件组成. (1)、目镜：装于镜筒上方,由两组透镜构成,接目镜的作用是把接物镜所形成的倒立实像再放大成为一个虚像.接目镜上刻有5×,8×,10×,15×,25×等符号,表示放大倍数.我们所观察到的标本的物像,其放大倍数是接物镜和接目镜放大倍数的乘积.如接物镜是10×,接目镜是8×,其物像的放大倍数是10×8＝80倍. 在接目镜内两个透镜间的光栏上可装一根剪短的毛发,做为指针,用以指示要观察的材料. (2)、物镜：装在镜筒下端物镜转换器的孔中,一般的显微镜有2～4个接物镜镜头,每个镜头都是由一系列的复式透镜组成的,其上也有放大倍数记号,有4×,10×,40×及100×.4×及10×接物镜是低倍

荧光显微镜操作手册簿

荧光显微镜操作手册 Olympus BX51 物镜： 4 ×0.16 （无DIC） 10×0.40 20×0.75 40×1.00 oil 100×1.40 oil 荧光滤色块转盘： 1. WU 蓝 2. WIB 绿（长通） 3. WIBA 绿（带通） 4. WIG 红 5. CFP 青 6. YFP 黄操作步骤：（注意：样品须在低倍镜下放置和取下） DIC观察：

1.打开明场电源开关（“︱”为开，“○”为关） 2.将样品置于载物台上，用样品夹夹好 3.将起偏器、检偏器、DIC棱镜推入光路，荧光滤块转盘拨到“1”位置，DIC棱镜应与相应的物镜倍数相匹配 4.先选用低倍物镜（“10×”） 5.调节透射光的强度，调节焦距，找到视野 6.换到高倍镜头，观察样品 7.DIC观察时，光路选择拉杆拉到中间位置，既可观察，也可拍照荧光观察： 1.打开明场电源开关 2.打开汞灯电源开关 3.将样品置于载物台上，用样品夹夹好 4.检偏器、DIC棱镜在光路外 5.将荧光光路shutter打开（“○”为开，“●”为关），需保护样品时关闭shutter 6.光路选择拉杆推至最里边 7.根据样品的标记情况将荧光滤块转盘转到相应的位置 8.通过两组减光滤片调节激发光强度 9.从低倍镜开始观察，调焦，找到预观察视野， 10.依次换到高倍镜头，观察样品 11.拍照时光路选择拉杆完全拉出普通明场观察： 1.打开明场电源开关（“︱”为开，“○”为关） 2.将样品置于载物台上，用样品夹夹好 3.起偏器、检偏器、DIC棱镜在光路外，荧光滤块转盘拨到“1”位置，DIC棱镜拨到明场（BF）位置 4.先选用低倍物镜（“4×”） 5.调节透射光的强度，调节焦距，找到视野 6.依次换到高倍镜头，观察样品 7.光路选择拉杆拉到中间位置既可观察，也可拍照关机： 1.关闭汞灯电源（注意：汞灯需使用半小时以上方可关闭，关闭半小时以后方可再次开启） 2.将透射光调到最小，关闭明场电源开关 3.将镜头转到低倍镜，取出样品，若使用过油镜用干净的擦镜纸擦拭镜头 4.确认数据已经保存，关闭软件 5.使用光盘拷贝数据（禁止使用移动储存设备拷贝数据） 6.关闭电脑，登记使用时间、荧光数字等使用情况

光纤的导光原理

光纤的导光原理光就是一种频率极高的电磁波,而光纤本身就是一种介质波导,因此光在光纤中的传输理论就是十分复杂的。要想全面地了解它,需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面的知识。但作为一个光纤通信系统工作者,无需对光纤的传输理论进行深入探讨与学习。为了便于理解,我们从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理,这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言,由于其几何尺寸远远大于光波波长,所以可把光波瞧作成为一条光线来处理,这正就是几何光学的处理问题的基本出发点。 ·5、1 全反射原理我们知道,当光线在均匀介质中传播时就是以直线方向进行的,但在到达两种不同介质的分界面时,会发生反射与折射现象,如图5-1 所示。图5-1 光的反射与折射根据光的反射定律,反射角等于入射角。根据光的折射定律: (公式5-1) 其中n1为纤芯的折射率,n2为包成的折射率。显然,若n1>n2,则会有。如果n1与n2的比值增大到一定程度,则会使折射率,此时的折射率光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上经过(),或者重返回到纤芯中进行传播()。这种现象叫光的全反射现象,如图5-2所示。图5-2 光的全反射现象人们把对应于折射角等于90的入射角叫做临界角,很容易可以得到临界角。

不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤的衰耗。早期的阶跃光纤就就是按这种思路进行设计的。 ·5、2光在阶跃光纤中的传播传播轨迹了解了光的全反射原理之后,不难画出光在阶跃光纤中的传播轨迹,即按“之”之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过,如图5-3 所示。图5-3 光在阶跃光纤中的传输轨迹通常人们希望用入射光与光纤顶端面的夹角来衡量光纤接收光的能力。于就是产生了光纤数值孔径NA的概念。因为光在空气的折射率n0=1,于就是多次应用光的折射率定律可得: (公式5--2) 其中,相对折射率差: (公式5--3) 因此,阶跃光纤数值孔径NA的物理意义就是:能使光在光纤内以全反射形式进行传播的接收角θc之正弦值。需要注意的就是,光纤的NA并非越大越好。NA越大,虽然光纤接收光的能力越强,但光纤的模式色散也越厉害。因为NA越大,则其相对折射率差Δ也就越大(见5--2 公式),以后就会知道,Δ值较大的光纤的模式色散也越大,从而使光纤的传输容量变小。因此NA 取值的大小要兼顾光纤接收光的能力与模式色散。CCITT建议光纤的NA=0、18--0、23。

显微镜的组成与结构(大全)

利用光学原理把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。简史早在公元前1世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。1610年前后，意大利的伽利略和德国的J.开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。17世纪中叶，英国的R.胡克和荷兰的 A.van列文胡克都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。1665年前后，胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。1673～1677年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜,其中9台保存至今。胡克和列文胡克利用自制的显微镜在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出的成就。19世纪，高质量消色差浸液物镜的出现使显微镜观察微细结构的能力大为提高。1827 年G.B.阿米奇第一个采用浸液物镜。19世纪70年代，德国人E.阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为19世纪后半叶包括R.科赫、L.巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850年出现了偏光显微术，1893年出现了干涉显微术，1935年荷兰物理学家F.泽尔尼克创造了相衬显微术，他为此在1953年被授予诺贝尔物理学奖金。古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接收器来观察放大的像。后来在显微镜中加入了摄影装置，以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。现代又普遍采用光电元件、电视摄象管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器，配以微型电子计算机后构成完整的图象信息采集和处理系统。工作原理表面为曲面的玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以使物体放大成像。光学显微镜就是利用这一原理把微小物体放大到人眼足以观察的尺寸。近代的光学显微镜通常采用两级放大，分别由物镜和目镜完成。被观察物体AB位于物镜的前方,被物镜作第一级放大后成一倒立的实象A1B1。然后此实像再被目镜作第二级放大，成一虚象A2B2,人眼看到的就是虚像，显微镜的总放大倍率为：显微镜总放大倍率＝物镜放大倍率×目镜放大倍率放大倍率是指直线尺寸的放大比而不是面积比。在用人眼直接观察的显微镜中,可以在实像面A1B1处放置一块薄型平板玻璃片，其上刻有某种图案的线条，例如十字线。当实像A1B1和这些刻线叠合在一起时,利用这些刻线就能对物体进行瞄准定位或尺寸测量。这种放置在实像面处的薄型平板玻璃片通称分划板。在新型的以光电元件作为接收器的光学显微镜中，电视摄象管的靶面或其他光电元件的接收面就设置在实像面上。组成

光纤的导光原理

光纤的导光原理光是一种频率极高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导，因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。要想全面地了解它，需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面的知识。但作为一个光纤通信系统工作者，无需对光纤的传输理论进行深入探讨与学习。为了便于理解，我们从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理，这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言，由于其几何尺寸远远大于光波波长，所以可把光波看作成为一条光线来处理，这正是几何光学的处理问题的基本出发点。 -全反射原理我们知道，当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的, 介质的分界面时，会发生反射与折射现象，如图5-1所示。（公式5-1）其中n1为纤芯的折射率，n2为包成的折射率。显然，若n1>n2,贝U会有F诗^1。如果n1与n2的比值增大到一定程度，则会使折射率?，此时的折射率光线不再进入包层，而会在纤芯与包层的分界面上经过（: ），或者重返回到纤芯中进行传播（鬥応讣I朋|）。这种现象叫光的全反射现象，如图5-2所示。图5-2光的全反射现象人们把对应于折射角◎等于90的入射角叫做临界角，很容易可以得到临界角但在到达两种不同根据光的反射定律, 根据光的折射定律 : I 2=903 O

不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基本上全部在纤芯区进行传播，没有光跑到包层中去，所以可以大大降低光纤的衰耗。早期的阶跃光纤就是按这种思路进行设计的。 -光在阶跃光纤中的传播传播轨迹了解了光的全反射原理之后，不难画出光在阶跃光纤中的传播轨迹，即按 “之”之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过，如图 5-3所示。通常人们希望用入射光与光纤顶端面的夹角来衡量光纤接收光的能力。于是产生了光纤数值孔径NA 的概念。因为光在空气的折射率nO=1,于是多次应用光的折射率定律可得: Sin? 为黒证去祖Jte 蚌中的全反射.则应心吗?％, H （公式5--2）其中，相对折射率差: * 听占 =T 1 （公式 5--3）因此，阶跃光纤数值孔径 NA 的物理意义是：能使光在光纤内以全反射形式进行传播的接收角B c 之正弦值。需要注意的是，光纤的NA 并非越大越好。NA 越大，虽然光纤接收光的能力越强，但光纤的模式色散也越厉害。因为 NA 越大，则其相对折射率差△也就越大（见 5--2公式），以后就会知道，△值较大的光纤的模式色散也越大，从而使光纤的传输容量变小。因此NA 取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和模式色散。 CCITT 建议光纤的NA=。 -光在渐变光纤中的传播定性解释图5-3光在阶跃光纤中的传输轨迹 = =

实验一显微镜的构造及使用方法

实验一显微镜的构造及使用方法一、目的要求 1.了解显微镜的构造、性能及成像原理。 2.掌握显微镜的正确适用及维护方法。二、实验器材 1.显微镜、纱布、绸布 2.酵母菌示教标本三、普通光学显微镜简介微生物的最显著的特点就是个体微小，必须借助显微镜才能观察到它们的个体形态和细胞结构。熟悉显微镜并掌握其操作技术是研究微生物不可缺少的手段。显微镜可分为电子显微镜和光学显微镜两大类。光学显微镜包括：明视野显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、偏光显微镜、荧光显微镜、立体显微镜等。其中明视野显微镜为最常用普通光学显微镜，其它显微镜都是在此基础上发展而来的，基本结构相同，只是在某些部分作了一些改变。明视野显微镜简称显微镜。（一）显微镜的构造普通光学显微镜的构造可以分为机械和光学系统两大部分。图1-1 显微镜构造 1.目镜 2.镜筒 3. 转换器 4. 物镜 5. 载物台 6. 聚光器 7. 虹彩光圈 8. 聚光镜调节钮9.反光镜10. 底座11. 镜臂12. 标本片移动钮 13. 细调焦旋钮14. 粗调焦旋钮15.电源开关16.光亮调节钮17.光源 1.机械系统：（1）镜座Base：在显微镜的底部，呈马蹄形、长方形、三角形等。（2）镜臂Arm：连接镜座和镜筒之间的部分，呈圆弧形，作为移动显微镜时的握持部分。（3）镜筒Tube：位于镜臂上端的空心圆筒，是光线的通道。镜筒的上端可插入接目镜，下面可与转换器相连接。镜筒的长度一般为160mm。显微镜分为直筒式和斜筒式；有单筒式的，也有双筒式的。（4）旋转器Nosepiece：位于镜筒下端，是一个可以旋转的圆盘。有3~4个孔，用于安

原子力显微镜操作详细流程

原子力显微镜操作简要说明一、设备开机 1、打开原子力显微镜主机电源（在光学平台下方）。 2、开启电脑、运行软件（软件10，如有问题可换9重新运行）。 3、在软件界面点击 SPM init 进行设备初始化，如显示SPM OK可继续操作，如不显示SPM OK重启软件。 4、点open door开操作门，点灯泡按钮照亮。二、样品准备 1、将表面洁净样品使用专用双面胶粘贴至设备配备的圆形载物片上（最好两个台子一起使用，以便旋转样品）。 2、通过检测组件上的按钮或者软件点open door开启样品室舱门，点灯泡按钮照亮，点击软件界面上的AFM-STM退针钮使显微镜探头缩回。 3、使用专用镊子将样品连同载物片放入磁性样品台上，小心调整样品区域之中间。小心不要碰触探头、激光源等。 4、点击软件界面的AFM-STM使探头移回。关闭舱门。三、操作程序 1、运行软件的camera功能，点击绿色的play键。运行approach，点击蓝色step move，将样品降低到安全距离。 2、运行软件的aiming功能，点击tools-motors-video calibration-右下角specify laser step 1-Alt+左键-确定-手动Alt+左键点击红十字中心，使激光与十字匹配。 3、运行AFM钮，使针头伸出。点击Shift+左键点击针悬臂梁的中间或偏上三分之一处，点击move laser使激光移动到点击位置，然后用Laser X和Y将Laser 调到最大，点击Aiming，使DFL、LF为0。 4、运行软件的Resonance功能，选择semicontact模式，在probes里选择对应针尖，点击Auto，调节探针悬臂的共振频率。如产生共振，调节Gain和lockgain 的大小（保证其乘积大小不变），确定setpoint为典型值Mag的一半，Gain0.5-1之间。 5、运行landing，观察way值变化。 6、运行软件的Approach功能，自动完成下针。使探针下降至检测距离。 7、点击Scanning按钮，开始样品扫描，扫描图样将自动保存至指定文件夹。注意: 1、除去扫描过程，其他改变任何程序或移动样品的操作都应先关闭反馈键使ON 变为OFF。操作过程中确保XY是闭环状态？ 2、取放样品时均应首先软件操作使探头缩回。 3、扫描结果的优劣决定于当前探针状态（是否断针和污染）和所选用的反馈灵敏度Gain。在确保不损伤仪器以及珍贵探针的情况下进行优化调节。

荧光显微镜使用指导书

荧光显微镜使用指导书一、荧光显微镜的整体布局说明图中项目说明: A--荧光显微镜光路部分 B--光路电源及数据采集卡 C--数据采集电脑 A1----汞光 A2----卤素灯 A3----卤素灯(底光) A4----滤光模组 A5----目镜组 A6----观察模式切换(目镜/数据采集) A7----反光镜 A8----差分光度计 1----卤素灯A2电源 2----汞光A1电源 3----数据采集卡二、观察外延表面状态 1，打开卤素灯A2电源开关1并通过卤素灯A2电源开关1上的旋钮调整其亮度(如图1，具体亮度可根据个人要求决定)。

2，同时确定卤素灯A2与汞灯A1之间的反光镜扳手A7处于如图2所示位置以使卤素灯A2的光线进入主光路。图1 卤素灯电源1图2 反光镜扳手位置图3 滤光片插条位置图4 滤光模组A4 3，确定左边的D/UV插条进入光路，调整其余两个ND4和ND32插条以使进入光路的亮度合适(如图3)，如需要微调可以通过改变右侧光栅插条(标注:A.STOP)的状态以达到合适的亮度，如需要调整视野的大小可以通过调整右侧的光圈插条(标注:F.STOP)来达到(一般情况下不需要调整)。 4，转动滤光模组A4的转盘选择4#滤光模组(如图4)。 5，在载物台上放上需要观察的样品，先选择目镜A5中低倍目镜去选取要观察的区域并且调整焦距使视野内的观察物体清晰，然后切换

到合适放大倍数的目镜进行观察。注意：调焦时先用低倍后用高倍。调焦时先顺时针旋转粗准焦螺旋(如图5)把载物台升到最高位置并观察不要让物镜碰到物体；然后眼睛靠近目镜观察视场同时逆时针旋转粗准焦螺旋让载物台下降，当观察到视场最亮时切换细准焦螺旋进行调整(如图6)。图5 粗准焦螺旋的调整图6 细准焦螺旋的调整 6，如需要调整观测样品表面显示的颜色，则需要差分光度计A8中3 个透镜插条同时插入，然后通过其中带旋钮的插条调整表面颜色以方便观察(如图7)。图7 差分光度计插条插入状态图8 差分光度计插条退出状态注意事项：确定目镜转换头A4前的遮光板打开(通过扳手扳动调节)。确定左边的D/UV插条进入光路以阻挡紫外光伤害眼睛。三、观察量子阱结构状态 1，按照观察外延表面状态的操作顺序把要观察的片子放号并调整好

显微镜荧光波长详解

?人肉眼对光源波长的颜色感觉红色770-622 nm 橙色622~597 nm 黄色597~577 nm 绿色577~492 nm 蓝靛色492～455nm 紫色455～350nm ?常见显微镜滤光片的波长在激发波长在Ex围才能被激发，只有发射光波长大于BA/EM才能被观察到，背景光的波长只有大于DM才能被观察到。红色滤光片G-2A Ex 510-560 DM 575 BA 590 绿色滤光片B-2A Ex 450-490 DM 505 BA 520 蓝色滤光片UV-2A Ex 330-380 DM 400 BA 420

其它荧光染料介绍【菁类染料-Cyanine dyes(Cy2, Cy3, Cy5)】 Cy2耦联基团激发波长为492nm，发光为波长510nm的绿色可见光。Cy2和FITC使用相同的滤波片。由于Cy2比FITC在光下更稳定。要避免使用含有磷酸化的苯二胺的封片剂，因为这种抗淬灭剂和Cy2反应，在染色片储存后会导致荧光微弱和扩散。Cy3和Cy5比其他的荧光团探针要更亮，更稳定，背景更弱。Cy3耦联基团激发光的最大波长为550nm，最强发射光为570nm。因为激发光和发射光波长很接近TRITC, 在荧光显微镜中，可使用和TRITC一样的滤波片。 Cy3在氩光灯(514nm或528nm)下可以被激发出50％的光强，在氦氖灯(543nm)或者汞灯(546nm)下则约75％。Cy3可以和荧光素一起作双标。Cy3还可以和Cy5一起在共聚焦显微镜实验中作多标记。Cy5耦联基团的激发波长最大650nm，发光波长最大670nm。在氪氩灯(647nm)下它们可被激发出98％的荧光，在氦氖灯下(633nm)为63％。Cy5可以和很多其他的荧光基团一起用在多标记的实验中。由于它的最大发射波长在670nm，Cy5很难用裸眼观察，而且不能用汞灯作理想的激发。通常观察Cy5时采用具有合适激发光和远红外检测器的共聚焦显微镜。在水相封片剂中应当加入抗淬灭剂。使用传统的表面荧光显微镜时，不推荐使用Cy5。【藻红蛋白或藻胆色素蛋白-Phycoerythrin(PE)荧光标记二抗】存在于被称为藻红的多聚微粒中，位于叶绿素的反应中心，在自然结构中，藻红蛋白吸收光能，吸收后转化成能量，供其发育生长。当藻红蛋白被分离和纯化后，其蛋白质变得具有很强的荧光，能吸收不同波长的光，发出亮红色的荧光，此时不再接受任何外来的光，也不能转移光能。藻红蛋白PE的吸收波长围较广，最大的吸收波长为566nm，最大的发射波长为574nm。藻红蛋白作为荧光标记物具有以下优点：首先具有强的长波长激发和发射荧光，可避免来自其他生物材料荧光的干扰；并且具有极高的发射量子产率；另外PE具有非常高的水溶性而且与许多生物学或合成材料的多位点稳定交联。【Aminomethylcoumarin Acetate (AMCA)】耦联的AMCA吸收光波长最大为350nm，发荧光则为450nm。对于荧光显微镜来说，AMCA 可以用汞灯来激发，用紫外滤板来观察。由于AMCA的信号相对较弱，单标实验中不推荐使用AMCA。AMCA和荧光素的荧光波长只有很小的重叠围，而和发出长波长荧光的荧光基团没有或者只有极少的重叠，因此它最常用于多标记实验中，比如免疫荧光显微镜和流式细胞仪。由于人眼不能很好的检测蓝色荧光，在多标记的实验中，AMCA耦联的二抗应当被用于检测大量的抗原。AMCA和荧光素一样很快淬灭，使用抗淬灭剂可以减轻。且由于肉眼不能很好的检测AMCA所激发的蓝色荧光，因而AMCA耦联的二抗更适用于检测大量

原子力显微镜的工作原理及基本操作

2015年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:原子力显微镜的工作原理及基本操作学生所在院（系）: 学生所在学科: 学生姓名: 学号: 学生类别:应用型考核结果阅卷人

原子力显微镜的工作原理及基本操作一、实验目的 1.了解原子力显微镜的工作原理 2.掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法二、原子力显微镜结构及工作原理 2.1 AFM的工作原理 AFM是用一个一端装有探针而另一端固定的弹性微悬臂来检测样品表面信息的，当探针扫描样品时，与样品和探针距离有关的相互作用力作用在针尖上，使微悬臂发生形变。AFM系统就是通过检测这个形变量，从而获得样品表面形貌及其他表面相关信息 1.原子力作用机制当两个物体的距离小到一定程度的时候，它们之间将会有原子力作用．这个力主要与针尖和样品之间的距离有关．从对微悬臂形变的作用效果来分，可简单将其分为吸引力和排斥力，它们分别在不同的工作模式下、不同的作用距离起主导作用．探针与样品的距离不同，作用力的大小也不相同，针尖/样品距离曲线如图1所示．图1 针尖/样品距离曲线 2.原子力显微镜的成像原理 AFM的微悬臂绵薄而修长，当对样品表面进行扫描时，针尖与样品之间力的作用会使微悬臂发生弹性形变，针尖碰到样品表面时，很容易弹起和起伏，它非常的灵敏，极小的力的作用也能反应出来．也就是说如果检测出这种形变，就可以知道针尖－样品间的相互作用力，从而得知样品的形貌。

图2 光束偏转法的原理图微悬臂形变的检测方法一般有电容、隧道电流、外差、自差、激光二极管反馈、偏振、偏转方法。偏转方法是采用最多的方法，也是原子力显微镜批量生产所采用的方法．图2就是光束偏转法的原理图。 3.原子力显微镜的工作模式 AFM主要有三种工作模式:接触模式(ContactMode)、非接触模式(Non－contact Mode)和轻敲模式( Tapping Mode)，如图3．图3 三种工作模式接触模式中，针尖一直和样品接触并在其表面上简单地移动．针尖与样品间的相互作用力是两者相接触原子间的排斥力，其大小约为10-8～10-11N。非接触模式是控制探针一直不与样品表面接触，让探针始终在样品上方5～20nm 距离内扫描．因为探针与样品始终不接触，故而避免了接触模式中遇到的破坏样品和污染针尖的问题，灵敏度也比接触式高，但分辨率相对接触式较低，且非接触模式不适合在液体中成像。轻敲模式是介于接触模式和非接触模式之间新发展起来的成像技术，类似与非接触模式，但微悬臂的共振频率的振幅相对非接触模式较大，一般在0.01～1nm．分辨率几乎和接触模式一样好，同时对样品的破坏也几乎完全消失，克服了以往常规模式的局限。 4.原子力显微镜的构成 SPA－300HV型显微镜主要包括以下四个系统: 减震系统、头部系统、电子学控制系统、计算机软件系统(图4为结构图)。

扫描电子显微镜与原子力显微镜技术之比较_陈耀文

中国体视学与图像分析　2006年　第11卷　第1期CH I N ESE JOURNAL O F S TER EOLO GY AND I M AGE ANALYS I S Vo l .11No.1M a rch 2006 53 　收稿日期:2005-08-01 基金项目:国家自然科学基金资助(No .30470900);汕头大学研究与发展基金资助(No .L00015)作者简介:陈耀文(1964-),男,副教授,研究方向:医学图像处理与识别,E 2mail:y wchen@stu .edu .cn 文章编号:1007-1482(2006)01-0053-06 ?综述? 扫描电子显微镜与原子力显微镜技术之比较陈耀文1 ,　林月娟1 ,　张海丹1 ,　沈智威1 ,　沈忠英 2 (1.汕头大学中心实验室,　广东　汕头　515063;　2.汕头大学医学院,　广东　汕头　515031) 摘　要:SE M 和AF M 技术是最常用的表面分析方法。本文介绍了SE M 和AF M 两种技术的原理, 描述了这两种技术在样品形貌结构、成分分析和实验环境等方面的性能,比较了两种技术的特性和不足,充分利用两种技术的互补性,将两种技术结合使用,有助于更加深刻地认识样品的特性。关键词:原子力显微镜;扫描电子显微镜;表面形貌;化学成分中图分类号:TG115.21+ 5.3,R319 文献标识码:A The co m par ison of SE M and AF M techn i ques CHEN Yaowen 1 ,　L I N Yuejuan 1 ,　ZHANG Haidan 1 ,　SHEN Zhewei 1 ,　SHEN Zhongying 2 (1.Central Laborat ory,Shant ou University,Guangdong Shant ou 515063,China;2.Medical College,Shant ou University,Guangdong Shant ou 515031,China ) Abstract:Scanning electr on m icr oscopy (SE M )and at om ic f orce m icr oscopy (AF M )are powerful t ools f or surface investigati ons .This article described the p rinci p les of these t w o techniques,compared and contrasted these t w o techniques with res pect t o the surface structure and compositi on of materials,and en 2vir on ment .SE M and AF M are comp le mentary techniques,by having both techniques in an analytical fa 2cility,surface investigati ons will be p r ovided a more comp lete rep resentati on . Key words:at om ic f orce m icr oscopy;scanning electr on m icr oscopy;surface structure;compositi on 显微镜由于受到衍射极限的限制,其分辨率只能达到光波半波长数量级(0.3μm ),无法观察更小的物体。1924年,德布罗意提出了微观粒子具有波粒二象性的概念,科学家们在物质领域找到了一种波长更短的媒质—电子,并利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的原理,研制出以电子为光源的各类电子显微镜。扫描电子显微镜(Scanning Electr on M icr oscopy,SE M )的设计思想,早在1935年便已被提出来了,1942年,英国首先制成实验室用的扫描电镜,主要应用于大样品的形貌分析,但由于成像的分辨率很差,照相时间太长,所以实用价值不大。随着电子工业技术水平的不断发展,到1965年开始生产商品扫描电镜,近数十年来,SE M 各项性能不断提高,如分辨率由初期的50nm 发展到现在约0.5nm ,功能除样品的形貌分析之外,现在可获得特征X 2射线,背散射电子和样品电流等信息。 1982年,Gerd B innig 和Heinrich Rohrer 在I B M 公司苏黎世实验室共同研制成功了第一台扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling M icr oscope,ST M ),使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。然而,由于ST M 的信号是由针尖与样品之间的隧道电流的变化决定的,只适用于研究电子性导体和半导体样品,为了克服ST M 的不足之处,ST M 的发明者B innig 等又在1986年发明了原子力显微镜(A t om ic Force M icr oscope,AF M )。AF M 是通过探测探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力)来获得物质表面形貌的信息,分辨率可达原子级水平。之后,以ST M 和AF M 为基础,衍生出扫描探针显微镜(Scanning Pr obe M icr oscope,SP M )家族,包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、静电