Zernike：用参考波看清透明结构

光波变了，亮度未必立刻变

薄透明物主要让光慢一步，相位变了，振幅却几乎不变。对弱相位物体，准确合焦的普通强度像因此缺少一阶明暗。染色能增加吸收，却改变制样，也可能妨碍观察活体。

Zernike 的 1953 年讲稿从光栅缺陷和微弱鬼线讲起。他用相干参考波比较它们，揭示相对相位；显微方法由控制这种相位关系发展而来，并非发现了透明物会强烈吸光。

来源：[1][2]

物镜在后焦面附近形成光源像，直射光集中在那里，样品衍射光分布在周围。放对位置的相位条或相位环改变两者的相对相位，通常还削弱直射部分；到像面时，两束光重新叠加。

参考波没有额外拍一张样品照片。它提供一个光场，让样品带来的微小变化与之干涉。在成像结果上加一层颜色，不能完成这项光学操作。

来源：[1]

把入射光场幅度选成实数一，样品只加一个很小的无量纲相位。普通成像中，样品的一阶场与直射场正交，线性强度项消失。若只给直射场加正四分之一周期相移，理想像强度就出现与样品相位成正比的项。

下式符号对应所选正相移；反转相对相移，明暗也反转。计算忽略吸收、有限数值孔径和相位环的空间范围，用来解释对比产生，不是定量恢复相位的算法。

\begin{aligned}t&\simeq1+i\phi\\|t|^2&=1+O(\phi^2)\\I_{\mathrm{shift}}&\simeq|i+i\phi|^2\simeq1+2\phi\end{aligned}

来源：[1]

实际物镜孔径有限，相位元件还会作用到部分低角衍射光，图中可能出现晕圈与内部对比减弱。没有标定传递模型，就不能把亮度普遍当成厚度、折射率或干质量。

这也要求把光学 Zernike 相衬与电子相衬成像分开。两者都有干涉，照明、相互作用势和传递函数却不同；不能因为都有“相位”，便用一次解释替两种仪器验收。

来源：[1]

先读讲稿中的光栅实验与相位条，再看生物应用。进入模型后，在相同孔径下比较振幅样品与相位样品，随后改变瞳面处理。关键预测是：相对相位改变时，像的明暗该怎样变。

来源：[1]