荧光显微镜的全内反射原理

2016-05-20技术资料

1、全内反射:全内反射是一种普遍的光学现象

 (1)一束平面光波从折射率为n1介质进入折射率为n2的介质中。入射光在界面上一部分发生反射,另一部分则发生折射,入射角和折射角之间满足关系式:
                  n1sinθ1=n2sinθ2

 (2)若n1大于n2  (例如折射率为n1的是玻璃,折射率为n2的是液体溶液)当入射角增大,增大到临界角θc时,这时的折射角为90°,当入射角大于或者等于临界角时,光不再透射进溶液,而是发生全反射:
                 θ2=90° θc=sin-1(n2/n1)

由上式可知,当n1大于n2时,全反射就可能发生

全内反射荧光显微镜原理

(3)例如:玻璃的折射率取为1.52,溶液的折射率取为1.33 (生物细胞的折射率范围是1.33~1.38),则玻璃/界面处的临界角为61.74。

 2、衰逝场(evanescent field)

   (1)衰逝场(波)

     当光发生全反射时,光会在玻璃界面上完全反射而不进入液体溶液中,由于波动效应,有一部分光的能量会穿过界面渗透到溶液中, 平行于界面传播,这部分光场就是所谓的衰逝场。

  (2)衰逝波的强度在垂直界面方向则是呈指数衰减。

    透射强度和浸透深度如公式所示:

全内反射荧光显微镜原理

  I(o):是分界面处的透射强度
  d:是浸透深度,它等于从分界面处到光强衰减到分界面处数值I(o)/e的处的距离。
  z:是离开分界面的距离。
  λ:为入射光波长,
  θ i:为界面处的入射角

   *由公式知,对于可见光波长而言,浸透深度为~100nm