显微镜的发展

显微镜是一种借助物理方法产生物体放大影像的仪器。最早发明于16世纪晚期，至今已有四百多年的历史。现在，它已经成为了一种极为重要的科学仪器，广泛地用于生物、化学、物理、冶金、酿造、医学等各种科研活动，对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献。随着现代光电子技术和计算机的高速发展，显微测量技术在上业、国防、科技均得到了广泛应用。本文就对显微镜的发展及分类作个概述。

一、显微镜的历史

光学是研究光波传播规律的科学。而显微镜的发展是在对光学的研究基础上发展起来的。我国春秋时的《墨经》和古希腊学者欧几里德的《反射光学》都对光学的研究有所记载，后来经过伽利略、牛顿、惠更斯、菲涅耳、夫琅和费、麦克斯韦、爱因斯坦等科学家的努力，光学已发展成为物理学中一门极为重要的基础学科，形成了严格的数学理论方法及实验方法。研究光的一个分支便是光学仪器——显微镜。

最初的显微镜产生于十六世纪末期。十七世纪发明了光学显微镜，后来被用来发现细菌及细胞。二十世纪三十年代，Lebdeff(莱比戴卫)设计出第一架干涉显微镜，随后Zemicke（卓尼克）发明了相位差显微镜。二十世纪五十年代，Nomarski（诺乌斯基）发明了干涉相位差光学系统，并以此设计出诺马斯基显微镜。二十世纪束期，产生了共轭焦显微镜，并得到了广泛应用。在光学快速发展的同时，电子学也得以迅速发展。二十世纪三十年代，德国的Bruche和Johannson制造出了第一宋菲君型传头式电子显微镜，随后Ruaka发明了第一部磁场型传头式电子显微镜(TEM)。扫描式电子显微镜(SEM)在二十世纪六十年代才出现。

二、显微镜的分类

显微镜主要是由物镜和目镜组成，物镜的焦距很短，目镜的焦距很长。物镜的作用是得到物体放大实像，目镜的作用是将物镜所成的实像作为物体进一步放大为虚像。显微镜中通过聚光镜照亮标本，再通过物镜成像，经过目镜放大，最后通过眼睛的晶状体投影到视网膜。

显徽镜按工作原理和它的组成结构可分为光学显微镜和电子显微镜。

1. 光学显微镜

光学显徽镜的成像原理是以光为介质，利用可见光照射在物体的表面。造成了局部散射或反射来形成不同的对比，然后再对被物体调制了的信息进行解调便可得物体的空间信息。光学显微镜又分为传统的光学显微镜和近场显微镜。

2. 近场光学显微镜

近场光学显微镜是对远场光学显锻镜的革命性发展。

传统的远场光学显微镜的分辨能力一直局限于它的波长λ或孔径nsinθ参数的大小，而近场光学显微镜的工作方式是将小于波长的超分辨极限的精细结构和起伏的信息从近场区的电磁场（隐失场）获取，然后再将含该信息的隐失场变换为可进行能量输送的传播场，使放在远处的探测场和成像器件可以接受到隐含在隐失场中的超分信息，从而进行测量。

它的工作原理是，当发生光衍射现象时，利用光的可逆性，即光的传播方向反转时，光将沿入射的途径逆向传播，故用含有超分辨信息的隐失波照射具有小于波长的精细结构或空间起伏的物体，如光栅，小孔，则这些光栅或小孔可把隐失波转换成含有超分辨信息的传导播，为远处探测器所接受。故它的核心部件是近场探测的小孔装置，常用的探针有小孔探针、无空探针，等离子激元探针。

近场显微镜的特点是样品照明和样品收集这两者必须至少有一个是工作在近场，而传统光学显微镜两者都工作在远场；近场显微镜采取的是网络状扫描成像的方法。常用的近场显微镜有扫描隧道显维镜和原子力显微镜。

3. 电子显微镜

电子显微镜的成像原理是根据电子光学原理，以电子束为介质，用电子束和电子透镜代替传统的光束和光学透镜。电子显微镜利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质作用所产生散射之原理来研究物质构造及细微结构的精密仪器。

由DeBroglie的波动理论：λ=h/mv=h/(2qmv)1/2可以看出电子束的波长仅与加速的电压有关（电子束的电量及质量为固定）。根据瑞莱准则：当不相干照明时；s=0.61λ/(nxsinθ）=0.61λ/NA；当相干光照明时，s=0.7λ/(nxsinθ)-0.77λ/NA：由此可以得出电子束的波长变化直接影响显微镜的分辨能力。由于DeBroglie的波动理论的发现使人们改变了传统观念光的波长不可变，从而产生了电子显微镜，使得显微镜的解析度和放大倍数得到了数量级的飞跃。电子显微镜的构造与光学显微镜的原理相似，由三部分组成：即聚光镜、物镜和投影镜（目镜）。

电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜（反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等）和（扫描透式）显微镜。