光學(xué)顯微鏡的歷史及基礎(chǔ)知識(shí)

1、光學(xué)顯微鏡的歷史及基礎(chǔ)知識(shí)光學(xué)顯微鏡opticalmicroscope利用光學(xué)原理把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細(xì)結(jié)構(gòu)信息的光學(xué)儀器。簡(jiǎn)史早在公元前1世紀(jì)，人們就已發(fā)現(xiàn)通過(guò)球形透明物體去觀察微小物體時(shí)可以使其放大成像。后來(lái)逐漸對(duì)球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認(rèn)識(shí)。1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類似顯微鏡的放大儀器。1610年前后，意大利的伽利略和德國(guó)的J開(kāi)普勒在研究望遠(yuǎn)鏡的同時(shí)，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)的光學(xué)工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進(jìn)。17世紀(jì)中葉，英國(guó)的R.胡克和荷蘭的A.van列文胡克都對(duì)顯微鏡的發(fā)展作出

2、了卓越的貢獻(xiàn)。1665年前后，胡克在顯微鏡中加入粗動(dòng)和微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)、照明系統(tǒng)和承載標(biāo)本片的工作臺(tái)。這些部件經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分。16731677年期間，列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中9臺(tái)保存至今。胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡在動(dòng)、植物機(jī)體微觀結(jié)構(gòu)的研究方面取得了杰出的成就。19世紀(jì)，高質(zhì)量消色差浸液物鏡的出現(xiàn)使顯微鏡觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)的能力大為提高。1827年G.B.阿米奇第一個(gè)采用浸液物鏡。19世紀(jì)70年代，德國(guó)人E.阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎(chǔ)。這些都促進(jìn)了顯微鏡制造和顯微觀察技術(shù)的迅速發(fā)展，并為19世紀(jì)后半葉包括R.科赫、L.巴斯德等在內(nèi)的生物學(xué)家和

3、醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和微生物提供了有力的工具。在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時(shí)，顯彳觀察技術(shù)也在不斷創(chuàng)新：1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù)，1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù)，1935年荷蘭物理學(xué)家F澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù)，他為此在1953年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。古典的光學(xué)顯微鏡只是光學(xué)元件和精密機(jī)械元件的組合，它以人眼作為接收器來(lái)觀察放大的像。后來(lái)在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲(chǔ)的接收器?，F(xiàn)代又普遍采用光電元件、電視攝象管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計(jì)算機(jī)后構(gòu)成完整的圖象信息采集和處理系統(tǒng)。工作原理表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學(xué)透鏡可以使物體放大成像。光學(xué)顯微鏡就

4、是利用這一原理把微小物體放大到人眼足以觀察的尺寸。近代的光學(xué)顯微鏡通常采用兩級(jí)放大，分別由物鏡和目鏡完成。被觀察物體AB位于物鏡的前方，被物鏡作第一級(jí)放大后成一倒立的實(shí)象A1B1。然后此實(shí)像再被目鏡作第二級(jí)放大，成一虛象A2B2,人眼看到的就是虛像A2B2。顯微鏡的總放大倍率為顯微鏡總放大倍率=物鏡放大倍率X目鏡放大倍率放大倍率是指直線尺寸的放大比而不是面積比。在用人眼直接觀察的顯微鏡中，可以在實(shí)像面A1B1處放置一塊薄型平板玻璃片，其上刻有某種圖案的線條，例如十字線。當(dāng)實(shí)像A1B1和這些刻線疊合在一起時(shí)，利用這些刻線就能對(duì)物體進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位或尺寸測(cè)量。這種放置在實(shí)像面處的薄型平板玻璃片通稱分劃

5、板。在新型的以光電元件作為接收器的光學(xué)顯微鏡中，電視攝象管的靶面或其他光電元件的接收面就設(shè)置在實(shí)像面上。組成光學(xué)顯微鏡由載物臺(tái)、聚光照明系統(tǒng)、物鏡、目鏡和調(diào)焦機(jī)構(gòu)組成。載物臺(tái)用于承放被觀察的物體。利用調(diào)焦旋鈕可以驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)使載物臺(tái)作粗調(diào)和微調(diào)的升降運(yùn)動(dòng)，使被觀察物體調(diào)焦清晰成象。它的上層可以在水平面內(nèi)沿、方向作精密移動(dòng)和在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，把被觀察的部位調(diào)放到視場(chǎng)中心。聚光照明系統(tǒng)由燈源和聚光鏡構(gòu)成。當(dāng)被觀察物體本身不發(fā)光時(shí)，由外界光源給以照明。照明燈的光譜特性必須與顯微鏡的接收器的工作波段相適應(yīng)。聚光鏡的功能是使更多的光能集中到被觀察的部位。物鏡位于被觀察物體附近實(shí)現(xiàn)第一級(jí)放大的鏡頭。在物鏡轉(zhuǎn)

6、換器上同時(shí)裝著幾個(gè)不同放大倍率的物鏡。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器可讓不同倍率的物鏡進(jìn)入工作光路。物鏡放大倍率通常為5100倍。物方視場(chǎng)直徑（即通過(guò)顯微鏡能看到的圖像范圍）約為11-20毫米。物鏡放大倍率越高則視場(chǎng)越小。物鏡是顯微鏡中對(duì)成象質(zhì)量?jī)?yōu)劣起決定性作用的光學(xué)元件。常用的有：能對(duì)兩種顏色的光線校正色差的消色差物鏡；質(zhì)量更高的能對(duì)三種色光校正色差的復(fù)消色差物鏡；能保證物鏡的整個(gè)像面為平面以提高視場(chǎng)邊緣成像質(zhì)量的平像場(chǎng)物鏡。為了提高顯微觀察的分辨率，在高倍物鏡中采用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標(biāo)本片的上表面之間填充折射率為1.5左右的液體。目鏡位于人眼附近實(shí)現(xiàn)第二級(jí)放大的鏡頭。目鏡放大倍率通常為520倍，按能

7、否放置分劃板,可分成兩類：不宜放置分劃板的，如惠更斯型目鏡。這是現(xiàn)代顯微鏡中常用的型式，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是由于成像質(zhì)量的原因，不宜放置供瞄準(zhǔn)定位或尺寸測(cè)量用的分劃板。能放置分劃板的，如凱爾納型和對(duì)稱型目鏡，它們能克服上述目鏡的缺點(diǎn)。按照能看到的視場(chǎng)大小，目鏡又分為視場(chǎng)較小的普通目鏡和視場(chǎng)較大的大視場(chǎng)目鏡（或稱廣角目鏡）兩類。調(diào)焦機(jī)構(gòu)載物臺(tái)和物鏡兩者必須能沿物鏡光軸方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時(shí)，容許的調(diào)焦范圍往往小于微米，所以顯微鏡必須具備極為精密的微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。顯微鏡放大倍率的極限顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。儀器的分辨率是指儀器提供被測(cè)對(duì)像微

8、細(xì)結(jié)構(gòu)信息的能力。分辨率越高則提供的信息越細(xì)致。顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的最小間距。根據(jù)衍射理論，顯微物鏡的分辨率為sigma=0.61lamda/N.sinU-1式中l(wèi)amda為所用光波的波長(zhǎng)；N為物體所在空間的折射率，物體在空氣中時(shí)N=1;U為孔徑角，即從物點(diǎn)發(fā)出能進(jìn)入物鏡成像的光線錐的錐頂角的半角;NsinU稱為數(shù)值孔徑。當(dāng)波長(zhǎng)入一定時(shí)，分辨率取決于數(shù)值孔徑的大小。數(shù)值孔徑越大則能分辨的結(jié)構(gòu)越細(xì)，即分辨率越高。數(shù)值孔徑是顯微物鏡的一個(gè)重要性能指標(biāo)，通常與放大倍率一起標(biāo)注在物鏡鏡筒外殼上，例如40X0.65表示物鏡的放大倍率為40倍，數(shù)值孔徑為0.65。分辨率和放大倍

9、率是兩個(gè)不同的但又互有聯(lián)系的概念。當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時(shí)，顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，此時(shí)即使過(guò)度地增大放大倍率，得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像。這種過(guò)度的放大倍率稱為無(wú)效放大倍率。反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的潛在能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見(jiàn)。為了充分發(fā)揮顯微鏡的分辨能力，應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配，以滿足下列條件：500NsinUv顯微鏡總放大倍率v1000NsinU-2在此范圍內(nèi)的放大倍率稱為有效放大倍率。由于sinU永遠(yuǎn)小于1,物方空間折射率N最高約為1.5,NsinU不可能大于1.5,故光學(xué)

10、顯微鏡的分辨率受（1）式限制，具有一定的極限。有效放大倍率受上式限制，一般不超過(guò)1500倍。顯微鏡使用者應(yīng)由所需分辨的最小尺寸按（1）式確定所需的數(shù)值孔徑，選定物鏡，然后按（2）式選定總放大倍率和目鏡放大倍率。提高分辨率的途徑是：采用較短波長(zhǎng)的光波或增大孔徑角U值，或是提高物體所在空間的折射率N,例如在物體所在空間填充折射率為1.5的液體。以這種方式工作的物鏡稱為浸液物鏡。而電子顯微鏡正是利用波長(zhǎng)極短的特性，在提高分辨率方面取得重大突破的。聚光照明系統(tǒng)對(duì)顯微觀察的影響聚光照明系統(tǒng)是對(duì)顯微鏡成像性能有較大影響但又易于被使用者忽視的環(huán)節(jié)。它的功能是提供亮度足夠且均勻的物面照明。聚光鏡發(fā)來(lái)的光束應(yīng)能

11、保證充滿物鏡孔徑角，否則就不能充分利用物鏡所能達(dá)到的最高分辨率。為此目的，在聚光鏡中設(shè)有類似照相物鏡中的可以調(diào)節(jié)開(kāi)孔大小的可變孔徑光闌，用來(lái)調(diào)節(jié)照明光束孔徑，以與物鏡孔徑角匹配。觀察高反差物體時(shí)，宜使照明光束充滿物鏡的全孔徑；對(duì)于低反差物體，宜使照明光束充滿物鏡的2/3孔徑。在較完善的柯勒照明系統(tǒng)中，除可變孔徑光闌外，還裝有控制被照明視場(chǎng)大小的可變視場(chǎng)光闌，以保證被照明的物面范圍與物鏡所需的視場(chǎng)匹配。物面被照明的范圍太小固然不行，過(guò)大則不僅多余，甚至有害，因?yàn)橛行б晥?chǎng)以外的多余的光線會(huì)在光學(xué)零件表面和鏡筒內(nèi)壁多次反射，最后作為雜散光到達(dá)像面，使圖像的反差下降。改變照明方式，可以獲得亮背景上的暗

12、物點(diǎn)（稱亮視場(chǎng)照明）和暗背景上的亮物點(diǎn)（稱暗視場(chǎng)照明）等不同的觀察方式，以便在不同情況下更好地發(fā)現(xiàn)和觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)。分類光學(xué)顯微鏡有多種分類方法：按使用目鏡的數(shù)目可分為雙目和單目顯微鏡；按圖像是否有立體感可分為立體視覺(jué)和非立體視覺(jué)顯微鏡；按觀察對(duì)像可分為生物和金相顯微鏡等；按光學(xué)原理可分為偏光、相襯和微差干涉對(duì)比顯微鏡等；按光源類型可分為普通光、熒光、紅外光和激光顯微鏡等；按接收器類型可分為目視、攝影和電視顯微鏡等。常用的顯微鏡有雙目體視顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、紫外熒光顯微鏡等。雙目體視顯微鏡利用雙通道光路為左右兩眼提供一個(gè)具有立體感的圖像。它實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)單鏡筒顯微鏡并列放置，兩個(gè)鏡筒的

13、光軸構(gòu)成相當(dāng)于人們用雙目觀察一個(gè)物體時(shí)所形成的視角，以此形成三維空間的立體視覺(jué)圖像。雙目體視顯微鏡在生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛用于切片操作和顯微外科手術(shù)；在工業(yè)中用于微小零件和集成電路的觀測(cè)、裝配、檢查等工作。金相顯微鏡專門用于觀察金屬和礦物等不透明物體的金相組織的顯微鏡。這些不透明物體無(wú)法在普通的透射光顯微鏡中觀察，故金相和普通顯微鏡的主要差別在于前者以反射光，而后者以透射光照明。在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面，被物面反射后再返回物鏡成像。這種反射照明方式也廣泛用于集成電路硅片的檢測(cè)工作。偏光顯微鏡用偏振光對(duì)物體進(jìn)行觀測(cè)的顯微鏡。它的工作原理是在普通顯微鏡的照明光路中加入起偏器，

14、使照到物面上的照明光束變成具有單一偏振方向的偏振光。在物鏡和目鏡之間的成像光路中加入檢偏器，它的偏振方向與起偏器的偏振方向互成90。如果被觀物體不改變?nèi)肷湔彰鞴馐钠駹顟B(tài)，則出射光便被檢偏器完全阻擋，不能形成圖像；如果被觀物體改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)，則有一部分光通過(guò)檢偏器，提供某些原來(lái)在非偏振光中發(fā)現(xiàn)不了的圖像信息。偏光顯微鏡在地質(zhì)、生物、材料工程等領(lǐng)域中用于觀測(cè)晶體雙折射、晶軸方向和偏振面旋轉(zhuǎn)。紫外熒光顯微鏡用紫外光激發(fā)熒光來(lái)進(jìn)行觀察的顯微鏡。某些標(biāo)本在可見(jiàn)光中覺(jué)察不到結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，但經(jīng)過(guò)染色處理，以紫外光照射時(shí)可因熒光作用而發(fā)射可見(jiàn)光，形成可見(jiàn)的圖像。這類顯微鏡常用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中。相襯顯微鏡

15、和微差干涉對(duì)比顯微鏡利用相位差和干涉原理來(lái)提高觀察效果的顯微鏡。在普通顯微鏡中，圖像的對(duì)比度是由于物體各部位對(duì)光的吸收率不等而造成的。但在某些細(xì)胞組織和金屬結(jié)構(gòu)中，各部位的吸收率差別太小，以致不能形成可覺(jué)察的對(duì)比度。對(duì)于這類物體往往需要進(jìn)行染色處理（對(duì)細(xì)胞組織）或酸腐蝕處理（對(duì)金屬）以造成可見(jiàn)的對(duì)比差別。而這些處理過(guò)程可能引入人為的假像，從而歪曲原有特征的真實(shí)性。相襯法和微差干涉對(duì)比法就是為了避免這些缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)光波通過(guò)吸收率相等或相近的各個(gè)部位時(shí)，吸收率可能沒(méi)有差別，但通過(guò)各部位的光程差可能不等。相襯法和微差干涉對(duì)比法利用干涉效應(yīng)把通常情況下人眼不可見(jiàn)的光程差轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)的亮暗差，形成

16、可見(jiàn)的結(jié)構(gòu)對(duì)比圖像。這類顯微鏡廣泛用于金屬學(xué)、醫(yī)學(xué)和集成電路制備工藝中。紅外顯微鏡用紅外光源照明和成像的顯微鏡。在顯微鏡的實(shí)像面處裝入紅外變像管，把不可見(jiàn)的紅外圖像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像。利用某些物體對(duì)紅外光的透射或反射特性來(lái)觀察在可見(jiàn)光中覺(jué)察不到的結(jié)構(gòu)。這類顯微鏡用于震品鑒別、硅晶片表面缺陷檢測(cè)等。電視顯微鏡和電荷耦合器顯微鏡以電視攝像靶或電荷耦合器作為接收元件的顯微鏡。在顯微鏡的實(shí)像面處裝入電視攝像靶或電荷耦合器取代人眼作為接收器，通過(guò)這些光電器件把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的圖像，然后對(duì)之進(jìn)行尺寸檢測(cè)、顆粒計(jì)數(shù)等工作。這類顯微鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是與計(jì)算機(jī)聯(lián)用后便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和信息處理的自動(dòng)化，應(yīng)用于需要進(jìn)行大

17、量繁瑣的檢測(cè)工作的場(chǎng)合。掃描顯微鏡成像光束能相對(duì)于物面作掃描運(yùn)動(dòng)的顯微鏡顯微鏡使用者所關(guān)心的主要性能指標(biāo)有兩個(gè)：一是標(biāo)志著提供信息的細(xì)致程度的分辨率高低；二是標(biāo)志著一次獲取信息數(shù)量的被觀視場(chǎng)大小。這兩個(gè)指標(biāo)一般是互相矛盾和制約的。在掃描顯微鏡中依靠縮小視場(chǎng)來(lái)保證物鏡達(dá)到最高的分辨率，同時(shí)用光學(xué)或機(jī)械掃描的方法使成像光束相對(duì)于物面在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，并用信息處理技術(shù)來(lái)獲得合成的大面積圖像信息。這類顯微鏡適用于需要高分辨率的大視場(chǎng)圖像的觀測(cè)傳統(tǒng)的光學(xué)技術(shù)中，常常會(huì)受到光波的衍射限制（例如光學(xué)顯微鏡的分辨率）?？梢宰C明，這種衍射限制本質(zhì)上來(lái)源于量子力學(xué)中的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系限制。對(duì)于給定頻率的光子，當(dāng)

18、它在某個(gè)方向上的動(dòng)量范圍給定時(shí)，它的分辨率也就定了。事實(shí)上，當(dāng)年量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一的Heisenberg在給出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的物理解釋時(shí)，正式利用光波衍射現(xiàn)象造成的限制來(lái)進(jìn)行舉例說(shuō)明的。然而，人類的心智總是不甘心停留的，人們終于想到了突破光波衍射極限以提高光學(xué)顯微鏡分別率的辦法。從科學(xué)哲學(xué)上講，這就是發(fā)揮虛數(shù)的實(shí)質(zhì)性作用，在物理概念上從只使用實(shí)數(shù)推廣到使用虛數(shù)；從物理上講，屬于從傳統(tǒng)中那樣使用實(shí)光子輻射場(chǎng)推廣到使用非輻射的虛光子場(chǎng)（不在光子質(zhì)殼上的光子都是虛光子），前者就是傳統(tǒng)中的光學(xué)成像，后者則屬于近場(chǎng)成像。產(chǎn)生電磁波的源都可以稱為天線。天線產(chǎn)生輻射遠(yuǎn)場(chǎng)和非輻射近場(chǎng)，前者包括我們通?？吹降囊皇?/p>

19、光，它在真空中傳播，幅度不會(huì)衰減；后者則隨空間距離迅速衰減，主要局域于天線附近，屬于局域性的電磁波，或者附在材料表面附近的“表面波”。事實(shí)上，任何材料表面附近（包括金屬表面）都存在這種近場(chǎng)，遠(yuǎn)看是呈電中性，近看則存在電荷密度漲落。近場(chǎng)有材料內(nèi)部自己產(chǎn)生的，也有通過(guò)外來(lái)光波照射材料產(chǎn)生的。比較常用的近場(chǎng)即是隱失場(chǎng)，它是隨空間距離呈指數(shù)衰減的。例如截止波導(dǎo)內(nèi)的電磁波，全內(nèi)反射時(shí)沿材料表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ā：笳咦鳛榻鼒?chǎng)是直接了當(dāng)?shù)?，前者作為近?chǎng)不少專業(yè)人士則是模糊的。其實(shí)可以利用鏡像法證明，截止波導(dǎo)內(nèi)的隱失場(chǎng)，等價(jià)于無(wú)窮長(zhǎng)平行等間距排列的線天線陣產(chǎn)生的近場(chǎng)，天線間隔在截止波長(zhǎng)以內(nèi)，相鄰天線相差為180度

20、。隱失場(chǎng)作為非輻射的近場(chǎng)，按照傳統(tǒng)QED中似乎是不可量子化的，但實(shí)際上，它包含了電磁相互作用，可以量子化為有等效質(zhì)量的虛光子一一它屬于一種元激發(fā)和準(zhǔn)粒子?，F(xiàn)在來(lái)說(shuō)明一下隱失場(chǎng)如何可以突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)光子的空間局域的：對(duì)于給定頻率3的光子，光子在某個(gè)方向的動(dòng)量分量K通常小于或等于這個(gè)頻率3,根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)原理，光子在這個(gè)方向上的位置不確定度不小于1/w（Planck常數(shù)置為1）,顯然頻率越高，位置不確定度越小，以這樣的光子作為光學(xué)顯微鏡的工作光子時(shí)，分辨率將由這個(gè)位置不確定度所限制。這就是傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率極限。然而，如果把隱失近場(chǎng)作為光學(xué)顯微鏡的工作光子，隱失近場(chǎng)的光子某方向上的動(dòng)量分量K可

21、以大于光子頻率3，使得光子在這個(gè)方向上的位置不確定度可以小于1/w:1/K1/3,從而可以成百上千倍地提高分辨率。近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡比電子顯微鏡的好處在于，前者對(duì)被觀察物理不產(chǎn)生損害，而且對(duì)被觀察對(duì)象沒(méi)有要求，而電子顯微鏡要求被觀察物理物體具有導(dǎo)電性，還要求高真空等等。1/K1/3意味著光子的整個(gè)波數(shù)矢量（或動(dòng)量矢量）的長(zhǎng)度（等于3）小于波數(shù)矢量某個(gè)分量K的長(zhǎng)度。這怎么可能？難道整體比部分還小嗎？是的，因?yàn)槲覀冞€有虛數(shù)，只要其他動(dòng)量分量為虛數(shù)，被考察的動(dòng)量分量幅度，就可以比整個(gè)動(dòng)量矢量的幅度還大。正因?yàn)槠渌麆?dòng)量分量從實(shí)數(shù)變?yōu)樘摂?shù)，原來(lái)的波動(dòng)因子變?yōu)樗p因子，使得隱失波隨距離成指數(shù)衰減。從原則上講，

22、整個(gè)凝聚態(tài)物理都包含在QED之中。但是盡管如此，QED代替不了凝聚態(tài)物理。凝聚態(tài)物理有自己獨(dú)立的描述語(yǔ)言和理論體系，還有自己獨(dú)立的科學(xué)新發(fā)現(xiàn)，如分?jǐn)?shù)霍爾現(xiàn)象。整個(gè)生物學(xué)也逃不出QED,但是生物學(xué)里每年照樣有激動(dòng)人心的新科學(xué)發(fā)現(xiàn)。諾貝爾生物學(xué)獎(jiǎng)不等于諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同樣道理，應(yīng)用科學(xué)盡管逃不出理論物理，但是應(yīng)用科學(xué)也有自己的一片天地。超高分辨率熒光成像技術(shù)（super-resolutionopticalimaging）普通的光學(xué)顯微鏡將我們的人眼分辨率提高了幾百倍，看見(jiàn)了我們未曾看見(jiàn)的尺度。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人們需要看見(jiàn)細(xì)胞內(nèi)部超微尺度的生命活動(dòng)的現(xiàn)象。普通的光學(xué)顯微技術(shù)因?yàn)楣鈱W(xué)衍射極限的限制

23、而不能滿足這一需求，而各種電子顯微技術(shù)對(duì)樣品制備的要求也限制了其應(yīng)用范圍。近幾年來(lái)，人們?cè)诠鈱W(xué)顯微研究中的一系列努力取得了新的突破，陸續(xù)發(fā)明了一些可以超越衍射極限的方法，如近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（NSOM）、受激發(fā)射耗損技術(shù)（STED）光活化定位顯微鏡（PALM殍等，在這里，著重介紹一下2006年剛剛發(fā)展起來(lái)的隨機(jī)光學(xué)重建技術(shù)（STORM一般說(shuō)來(lái)，遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)顯微鏡包括共聚焦和雙光子顯微鏡受光學(xué)衍射極限的理論限制，它的分辨尺度受波長(zhǎng)束縛，因此人們無(wú)法看清小于200nm的生命結(jié)構(gòu)與現(xiàn)象，對(duì)于了解生命科學(xué)的本質(zhì)十分不利，這無(wú)疑成為了生物光學(xué)成像的最大障礙。近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡可以克服衍射限制，但局限是不能夠探測(cè)樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，而且其探針易于對(duì)樣品造成