Difracción en microscopios

La difracción es el fenómeno que se observa cuando la luz, al pasar por el extremo de una superficie se “quiebra” desviándose de la trayectoria sin seguir su propagación en línea recta. Los sistemas ópticos y sobre todo los microscopios, pueden presentar incorrecciones que producen distorsiones en las imágenes. Son producidas mediante varios factores, ya sea por el comportamiento de la luz al incidir sobre el objeto observado o por defectos propios de las lentes.

Estos defectos son conocidos como aberraciones, algunos son producidos por la esfericidad de la superficie de la lente y son derivados por la interacción de la luz con dicha superficie; producen alteraciones en los detalles de las imágenes y se pueden presentar combinados. Actualmente, con el uso de técnicas de manufactura moderna que han permitido la elaboración de lentes más efectivas, se ha logrado corregirlos en gran medida.

En la transiluminación del objeto, las ondas luminosas suelen encontrar obstáculos en su trayectoria, lo que produce una expansión de la luz por la difracción y se obtiene una imagen borrosa que limita la capacidad de aumento útil del microscopio; por ejemplo, los detalles menores de media milésima de milímetro (0,5 µm) no pueden verse en la mayoría de los microscopios ópticos. El término difracción proviene del latín (diffractus) que significa quebrado.

Transiluminación

Paso de la luz a través de un objeto para su examen; la zona que se va a observar está interpuesta entre el observador y la fuente de luz.

La luz de los diferentes puntos de una muestra, pasa a través del objetivo y se restablece como una imagen; los distintos puntos de la muestra aparecen en la imagen como patrones pequeños (sin puntos) conocidos como patrones de Airy. El fenómeno es causado por la difracción o dispersión de la luz a medida que pasa a través de las partes minúsculas y espacios en la muestra, y la abertura de vuelta circular del objetivo.

El máximo central de los patrones de Airy se refiere a menudo como un disco de Airy, que se define como la región encerrada por el primer mínimo de la pauta Airy y contiene el 84% de la energía luminosa. Estos discos de Airy, consisten en pequeños círculos claroscuros concéntricos como se ilustra en la figura y muestra los discos de Airy y sus distribuciones de intensidad en función de la distancia de separación.

Imagen A

Un posible disco de Airy que consiste esencialmente en un patrón de difracción que contiene un máximo central denominado orden cero máximo, rodeado por primera concéntrico, segundo, tercero, etc., el orden máximo de forma secuencial brillante decreciente que componen la distribución de intensidad.

Imagen B

Dos discos de Airy y sus distribuciones de intensidad en el límite de resolución óptica En esta parte, la separación entre los dos discos excede en sus radios, y son resolubles. El límite en el que dos discos de Airy pueden resolverse en entidades separadas se suele llamar el criterio de Rayleigh.

Imagen C

Muestra dos discos de Airy y sus distribuciones de intensidad, en una situación donde la distancia de centro a centro entre los máximos de orden cero es menor que la anchura de estos máximos, y los dos discos no son individualmente resoluble por el criterio de Rayleigh.

Línea de patrones de difracción

Líneas de rejilla alineadas y patrones de difracción

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