Tìm hiểu về ánh sáng khả kiến pps

Tìm hiểu về ánh sáng
khả kiến
Ánh sáng khả kiến bao gồm chỉ một phần rất nhỏ của toàn bộ phổ bức
xạ điện từ, nhưng nó chứa vùng tần số duy nhất mà các tế bào hình que và
hình nón của mắt người phản ứng được. Bước sóng mà con người bình
thường có thể nhìn thấy được nằm trong một vùng rất hẹp, khoảng chừng
giữa 400 và 700 nanomét. Con người có thể quan sát và phản ứng lại sự kích
thích tạo ra bởi ánh sáng khả kiến là do mắt người có những đầu dây thần
kinh đặc biệt nhạy với vùng tần số này. Tuy nhiên, phần còn lại của phổ điện
từ thì không nhìn thấy được.
Có rấtnhiều nguồn phátra bức xạ điện từ, và người ta thườngphân loại theo
phổ bước sóngmà các nguồn phát ra. Các sóng vô tuyến tương đối dài được tạo ra
bởi dòng điện chạy trongcác ănten phát thanh truyền hình khổng lồ, còn sóng ánh
sáng khả kiến ngắnhơn nhiều được tạo ra bởinhững xáo trộn trạng thái năng
lượng của các electrontích điện âm bêntrong nguyêntử.Dạngngắn nhất của bức
xạ điện từ, sónggamma,là kết quả của sự phân rã các thành phần hạt nhân ở tâm
nguyêntử. Ánh sáng mà con người có thể nhìn thấy (hình1) thườnglà tập hợp
nhiều bước sóngcó thành phần thay đổi tùytheo nguồn phát.
Trongcuộc sốnghàngngày, chúngta bị “oanhtạc” dữ dội bởi phổ bức xạ
điện từ, chỉ một phần nhỏ của nóchúng tamới thực sự “nhìn thấy” dưới dạngánh
sáng khả kiến. Khi mạohiểm bước ra ngoàitrờithì một lượng khủngkhiếp ánh
sáng khả kiến đậpvào người chúng ta đượcphát ratừ Mặt Trời;Mặt Trời cũng tạo
ra nhiều tầnsố bức xạ khác khôngrơi vào vùng khả kiến. Còn khiở trong nhà,
chúng ta lại tắm mìnhtrong ánh sángkhả kiến phát ra từ các nguồn sáng nhân tạo,
chủ yếulà bóng đèn volfram nóng sáng vàđènhuỳnhquang.
Ban đêm,ánh sángtự nhiên được tạo ra bởi cácthiên thể,như Mặt Trăng,
các hànhtinh và các sao,ngoài racòncó cực quang địnhkì(ánh sángphương Bắc),
và thỉnh thoảngcó sao chổi hoặc sao băng. Những nguồn sángtự nhiênkhác gồm
có tiachớp, núi lửa, lửacháy rừng, cộng với một số nguồn phát sánghóa sinh(phát
quangsinhhọc). Các nguồn sáng sinhhọc gồm có ánhchớp lập lòe củađom đóm
quá đỗi quenthuộc, và lung linhhuyền ảo trênbiển có các loài phátquang sinh học

như mộtsố vi khuẩn, tảo, trùng roi,sứa, và mộtsố loài cá.
Bảng 1 liệt kê sự phân bố màu sắc rạch ròi đượcnhận ra bởi con người đối
với một số dải bướcsóng hẹp trong phổ ánh sángkhả kiến. Việc liênhệ các màu
nhất địnhvới vùng bướcsóng cho phép phânbiệt giữacác sắc thái, màu sắc và
bóng tối. Cóthể nhiều sự phân bố phổ khác nhaucùng tạo ra cảm giác màu giống
nhau (một hiệntượng được biết vớicái tên đồng phândị vị). Ví dụ, cảm giác màu
vàng có thể gây rabởi một bước sóngánhsáng,chẳng hạn 590nm,hoặc cóthể là
kết quả của việcnhìn hai lượngánh sáng bằng nhau có bước sóngriêng,ví dụ
580nmvà600nm. Cũngcó thể xemmàu vànglàmộtphân bố hẹp gồm toàn bộ các
bướcsóng nằm giữa 580nmvà 600nm.Đối với hệ thị giác của con người,bước
sóng giữ vaitrò đó chomọi màu sắc trong phổ khả kiến. Những nghiên cứu gần
đây chothấy một số loài (nhấtlà chim chóc) có thể phân biệt giữa cácmàu nhận
được giống như con người.
Các nguồn nóng sáng
Loài ngườibuổi đầu đã không có cácnguồn sáng chắc chắn suốt những đêm
trường, nhưnghọ thỉnh thoảng có thể tìm thấyvà thu thập những thanhgỗ đang
cháytừ những đống lửa trongbụi rậm và rồi giữ lửacháy rực trong mộttrại lửa
trong một thờigian ngắn. Theo tri thứctiến bộ thì loài người đã phát hiện thấy tia
lửa điện,và sau đó là lửa cóthể phát ra bằngcách cọ xát nhữngloại đá nhất định
lên nhau(ví dụ như đá lửa và sắt pirit)hoặc bằng cách chà xát linhhoạt gỗ với gỗ.
Một khiđã làm chủ được các kĩ thuật này, người ta cóthể tạo ra bất cứ khinào
người ta muốn.
Khi lửacháy, năng lượnghóa họcđượcgiải phóng dưới dạng nhiệt và ánh
sáng.Nhiên liệu cháy, hoặc là cỏ, gỗ, dầu, hoặc làmột số chất dễ bắt lửakhác, phát
ra chất khí bị đun nóngbởi nănglượnghóa học khổnglồ phátsinhtrong quá trình
cháy, làm cho các nguyên tử trong chất khí rực lên hoặc nóngsáng. Các electron
trong nguyên tử chất khí nhày lên mức năng lượng cao bởi kích thích nhiệt, và ánh
sáng đượcgiải phóng dưới dạng photonkhi các electronrơi xuống trạngtháicơ
bản của chúng. Màu củangọn lửa là một dấu hiệu của nhiệt độ và lượngnăng
lượng đượcgiải phóng.Ngọn lửa màu vàng đụcthìlạnhhơn nhiều so với ngọn lửa

màu xanhchói, nhưngthậm chí ngọn lửalạnh nhất thì vẫn còn rất nóng (chừng
350 độ C).
Mặcdù nhựathuốc lá và giẻ ráchđược dùngđể tạo ranhữngbó đuốc sơ khai,
nhưng bước tiến thiết thực đầu tiêntrong việc điều khiển lửachỉ xuất hiện khi đèn
dầu đượcphát minh. Những ngọn đèn sơ khaiđã hơn 15.000 năm tuổi (hình2)
được phát hiện, làm từ đá và maiđộng vật, chúngđốt cháy mỡ động vật và dầu
thực vật. Trướckhiđèn khí đượcphátminh,có một nhu cầu khủngkhiếp về dầu
độngvật. Nguồn cấpchủ yếu loạidầu này là mỡ động vật khaithác từ việc nấu sôi
các mô chất béo lấy từ động vật biển, ví dụ như cávoivàhải cẩu. Đèn dầu saucùng
tiến hóa thành nhữngngọn nến, chế tạo bằng cách đúc mỡ độngvật hoặc sáp ong
đôngcứng,như minh họa trong hình2. Những ngọn nến buổi đầu phát ramộtchút
khói,nhưng không sáng lắm. Cuối cùng,người taphát hiện thấy sáp parafin,khi đổ
khuôn thích hợpvới một bấc vải dễ thấm, sinhra ngọn lửa tươngđốisáng mà
khôngcó lượng khóiđángkể.
Trongthế kỉ 19, việc thắp đèn khíthiên nhiên trở nên phổ biếnở nhiều đô
thị chínhtại châu Âu, châu Á và Mĩ.Nhữngngọn đèn khí buổi đầu hoạt động bằng
cách tạo ra một dòng khí cháy(một việc làm khá nguyhiểm), còncác mẫu đènsau
này được lắp thêm măng sông, hoặcmộtmạng vảimịnđã qua xử lí hóahọc, chúng
làm phân tánngọn lửa và phátra ánhsáng sánghơn nhiều.
Các nhà hiển vihọc buổi đầu sử dụng nến,đèn dầu, vàánh sáng MặtTrời tự
nhiênđể cungcấp sự chiếu sáng chocác hệ quang cụ tương đốithô trong kính hiển
vi củahọ. Các nguồn sáng bansơ này chiếusáng khôngđều, khi lập lòe, khibùng
phátrựcrỡ, và thường tiềmẩn mối nguyhiểm về lửa.Ngày nay,các bóngđèn nóng
sáng cường độ cao đế bằng volfram lànguồn sáng chủ yếu dùng trongkính hiển vi
hiện đạivà chiếm đa số trongcác hệ thống chiếu sáng giađình.
Hình 3 biểu diễn các đườngcong phân bố phổ biểu thị năng lượngtương đối
theo bướcsóng đốivới một vài nguồn khác nhau phát ra ánh sángtrắng(là sự pha
trộn của tất cả hayđa số màutrong phổ khả kiến). Đườngcong màuđỏ biểudiễn
năng lượngtương đốicủa ánhsáng đèn volfram trên toànbộ phổ khả kiến. Như đã
được chỉ rõ tronghình,năng lượng ánhsáng đèn volframtăng khi bước sóng tăng.

Kết quả nàyảnhhưởng đếnnhiệt độ màu trung bình của ánh sáng thu được, đặc
biệt khiso sánh với nhiệt độ màutrung bình của ánh sángMặt Trời vàánhsáng
huỳnh quang (đèn hơithủy ngân). Đường congphổ màu vàngmôtả sự phânbố
ánh sáng khả kiến từ phổ ánhsáng Mặt Trời tự nhiên phản xạ bởi Mặt Trăng.Dưới
những điều kiện bìnhthường, ánh sángMặt Trời chứa nhiều nănglượng nhất,
nhưng đường cong minh họa trong hình3 đã được làmcho bình thườngvới phổ
đèn volframđể tiệnsosánh. Đườngcong màu xanhđậm đặc trưng cho đèn hơi
thủy ngân, và biểu hiện một vài chênh lệch đáng kể với phổ ánh sáng Mặt Trời tự
nhiênvàđèn volfram.Một số cực đại năng lượngcó mặt trong phổ đèn hơi phóng
điện xuất hiện là kết quả củatừng đường phổ chồng lên nhau phát sinhtừ hơi thủy
ngân.
Phổ ánh sáng khả kiếntạo ra bởi một diode phát quang (LED) phát ra ánh
sáng trắng được biểu diễn bằng đườngcong màu xanh látrong hình3. Diode phát
quanglà dụng cụ vốn dĩ đơn sắc, với màu sắc được xácđịnhbởidải khegiữa các
chất liệu bán dẫn khác nhaudùngchế tạo nên diode.Diode phát sáng đỏ,xanhlá,
vàng và xanh dương là phổ biến, và được sử dụng rộngrãilàm ánh sáng chỉ báo
cho máy tính và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác, như máy thu radio,máy thu
truyền hình, máy hátđĩacompact, máy ghi đĩa, và máy hát đĩa kĩ thuật số. LED phát
ánh sáng trắngđược chế tạotừ diode xanh galliumnitridebằngcách phủ ngoài
chất bán dẫn lớp chất phôtpho, chấtnày phátra một phạmvi rộng bước sóngkhả
kiếnkhi bị kích thích bởi ánh sáng phát ta từ diodexanh. Phổ laser, thu được
từ laserdiode hoặc laserkhí, rất hẹp, thường bao gồmchỉ một hoặcvàiba bước
sóng nhất định. Vídụ minhhọa tronghình3 (đường cong màuxanh lá mạ) làcho
laser diodebán dẫn dòngđiện thấp có ích trong nhiều ứng dụng đadạng, như đọc
mã vạch và kiểmtra dữ liệu đĩa quang.
Nguồn sáng volfram thường được gọi là nóng sáng, vì chúngphát raánh
sáng khibị đun nóng bởi năng lượngđiện. Dây tóccủa các bóng đèn hiện đại
thường làm bằng volfram, mộtkim loại cóhiệu suất phát sáng tương đối hiệu quả
khi bị đunnóng điện trở bằng dòng điện. Các đèn nóngsáng hiện đại có nguồn gốc
từ đèn hồ quang carbon doHumphryDavy phát minh, chúng tạora ánh sáng bằng

sự phóngđiện hồ quanggiữa haique than (hoặc các điện cực dây tóc) khi thiết đặt
một hiệu điện thế giữa các điện cực. Rốt cuộc, đèn hồ quang carbonđã mangtới
những chiếc đènđầu tiên sử dụng dây tóccarbon chứa trong một vỏ bao thủy tinh
hàn kín. Dây tócvolfram, đượcsử dụng trước tiên vào năm1910 bởi William
David Coolidge, bốc hơi chậm hơn nhiều so với sợi carbon có nguồn gốc cotton khi
bị nungnóng trong chânkhôngcủa vỏ thủy tinh.Dây tóc hoạt độngnhư một điện
trở đơn giản, và phátra một lượngđáng kể ánhsáng,ngoài năng lượngnhiệt phát
sinh bởi dòng điện.
Đèn volfram nóng sánglà vậtbức xạ nhiệt phát ra phổ ánh sáng liên tụctrải
rộng từ khoảng 300nm, trongvùng tử ngoại, tới gần1400nm,trong vùnghồng
ngoại.Cấu trúc,việc chế tạo và hoạt động của chúng rất đơngiản, và córấtnhiều
chủng loại đènnày được dùng làmnguồn nóngsáng. Loại đèn tiêu biểu gồmmột
bóng thủy tinhhàn kín (xemhình 4), bên trong chứa đầy mộtchất khí trơ,vàmột
sợi dây tóc bằng volframhoạt độngmạnh mẽ khi có dòng điện đi qua. Bóngđèn
tạo ra một lượng rất lớn ánh sáng và nhiệt, nhưng ánh sáng chỉ chiếmcó 5 đến
10% tổngnăng lượng mà chúng phát ra.
Đèn volfram cóxuhướng kém tiện lợi,ví dụ như cường độ của nó giảm theo
tuổi thọ và nólàm đenvỏ đựng bêntrong do volframbốc hơi chậm lắngtrở lại
thủy tinh.Nhiệt độ màu và độ chói của đèn volframbiến thiên theo hiệu điệnthế
áp dụng, nhưng giá trị trung bình cho nhiệt độ màu biến thiên trong khoảng từ
2200Kđến 3400K.Nhiệt độ bề mặt của dây tócvolfram lúc hoạt độngrất cao,
thường trungbình khoảng2550độ C đối với mộtbóngđèn thương mại chuẩn 100
watt. Đôi khibên trong bóngđèn volfram chứa cácchất khí quý tộc như krypton
hoặc xenon (chất khí trơ), chúng là một sự chọn lựa nhằm tạo ra chân không để
bảo vệ dây tóc volfram nóng bỏng. Cácchất khínày làm tănghiệu suất của đèn
nóngsángvì chúng làm giảm lượng volfram bốc hơi rồi lắng xuống bên trong bóng
thủy tinhbao ngoài.
Các đèn halogen,phiên bảnhiệu suất cao của đèn volfram nóng sáng, thường
chứa một ít iode hoặc bromtrong chất khí bên trong để mang volfram bốc hơi
quay trở lại dây tóc hiệuquả hơn nhiều so với những chiếc đènsử dụng chất khí

khác.Đèn volfram-halogen,được pháttriển đầu tiên bởi côngty General
Electronic vào nhữngnăm 1950dành cho việc thắpsáng các đầumút cánh máy
bay phản lực siêu âm, cókhả năng tạo ra ánhsángrất đều trong suốtquãngtuổi
thọ của đèn. Ngoài ra,đèn halogen nhỏ hơn vàhiệu suất caohơn so với đèn
volframcó cường độ tươngứng.Tuổi thọ của một bóngđèn volfram-halogen có
thể lên tới 10 năm, dưới nhữngđiềukiện lí tưởng nhất.
Dây tóccủa đèn volfram-halogenthường là những sợi xoắn rất chặtgắn
trong một vỏ bao thủy tinh borosilicate-halide(thườnggọi là thạch anh nấu chảy).
Nhiệt độ cao lúchoạt động đã giớihạnviệc sử dụng bóng đèn volfram-halogencho
các đèn chiếusáng trongnhà đượcthông hơi tốt có đế nhiệt hình cánh quạt để loại
bớt lượng nhiệt khổng lồ phát sinhbởi nhữngbóng đèn này.Nhiều đèn thắp sáng
trong nhà được trang bị là đèn volfram-halogen300 – 500 watt,và tạo ramột
lượng lớn ánhsáng tràn ngập cănphòngtốt hơn nhiều các bảnsao volfram của
chúng phát sáng yếuhơn. Khi ghép với ốngdẫn sáng sợiquang, bộ lọc hấpthụ
hoặc bộ lọc lưỡng sắc, các đènvolfram-halogenchiếu sángtrong nhà mang lại
cường độ rọicao cho nhiều ứng dụng hiển vi quanghọc đa dạng,nhưng điều bất
tiện chủ yếu là chúng tạoramột lượnglớn ánh sáng hồngngoại dưới dạng bứcxạ
nhiệt có thể dễ dàng làm suythoái mẫu vật nghiên cứu.
Nguồn sáng huỳnh quang
Có nhiều nguồn phátsáng khả kiến không nóng sángdùngcho việc thắp
sáng trong nhà và ngoài đường, cũngnhư có những ứngdụng quantrọng trong
kính hiển vi quang học. Đa số các nguồn sáng này hoạt động trêncơ sở phóng điện
qua chất khí như thủyngân,hoặc các khítrơ neon, argon và xenon.Sự phát sinh
ánh sáng khả kiến trong đèn phóngđiện khí dựa trênsự va chạm giữa các nguyên
tử vàion trong chất khí với dòngđiệntruyền qua giữa mộtcặp điện cựcđặt ở hai
đầu bóng đèn.
Ống thủy tinh của đènhuỳnh quangthông thường được phủ một lớp
phosphorở mặt bên trongvà ống chứa đầy hơi thủyngân ở áp suất rất thấp (xem
hình 5). Dòng điện đượcthiết lập giữa các điện cực đặt ở hai đầu ống, tạo radòng
electronchạy từ điệncực này tới điện cực kia.Khi các electrontrong dòngva chạm

với các nguyên tử hơi thủy ngân,chúng kích thíchelectron trongcác nguyêntử
này lên trạng thái năng lượngcao. Năng lượngnày đượcgiải phóng dưới dạng bức
xạ tử ngoại khicác electron trong nguyên tử thủyngân rơitrở lại trạngthái cơ bản.
Bức xạ tử ngoạisau đó tiếp thêm sinhlực cho lớpphosphor phủ bên trong,làm
cho nó phát ra ánh sángtrắngrạng rỡ mà chúngta nhìn thấy từ đènhuỳnh quang.
Đèn huỳnhquang có hiệu suấtphát ánh sángkhả kiến gấp khoảng 2 đến 4lần, tạo
ra ít haophí nhiệt hơn, và có tuổi thọ gấp 10 đến 20 lần so vớicác đènnóngsáng.
Một đặc trưngvôsong của nguồn sáng huỳnhquanglà chúng phát ra một
loạt bước sóngthường tập trung trongnhữngdải hẹp gọi là phổ vạch. Kết quả là
các nguồnsáng này không tạo ra phổ chiếu sáng liên tục đặctrưng củacác nguồn
nóngsáng.Mộtví dụ tiêu biểucho nguồn phát ánh sáng khả kiếnkhông nóng sáng
đơn bước sóng là đèn hơi natri thường dùng để chiếusángđường phố.Những
bóng đèn loại này phátra ánhsáng màu vàng rất mạnh,vớihơn 95%ánh sáng
phátxạ gồm ánh sáng 589nmvà hầunhư khôngcó bướcsóng nàokhác nữa.Có thể
chế tạo các đèn phóng điện khí phát raphổ gần như liên tục, ngoài phổ vạch cố
hữucủa các đènthuộc loại này. Giải pháp kĩ thuật phổ biến nhất là phủ lên bề mặt
bên trong ống các hạt phosphor,chúngsẽ hấp thụ bứcxạ do dòng khí phát ravà
biến đổi nó thành phổ ánh sángkhả kiếnrộng, trải từ lamtới đỏ.
Dưới những điều kiện bình thường, đasố cá nhân khôngthể nào phânbiệt
được sự khác biệtgiữa phổ vạch và phổ liên tục của các bước sóng.Tuynhiên,một
số vật thể lại phản xạ màu sắc đặc biệt trongánhsángphát ra từ mộtnguồn không
liên tục, nhất là dưới sự thắp sáng huỳnh quang.Đây là lí dovì sao mà vải vóc, cùng
một số hàng hóa dễ bắt màu khác, treo trong cửa hàng thắp sáng bằng đèn huỳnh
quanglại trông có màu hơi khác chút xíu sovớikhinhìn dướiánh sáng MặtTrời
hoặc rọi sáng bằng đèn volframliên tục.
Trongkĩ thuậthiểnvi nổi ánh sáng phản xạ, đặc biệt khi khảo sát các mẫu
nghiệmnhạy nhiệt, đèn huỳnhquang thường dùng là bóngđèn volfram,dohiệu
suất cao và công suất nhiệt thấp của chúng.Đèn huỳnh quang hiệnđạicó thể cấu
hình cho ống thẳnghoặc đèn chiếu sáng vòng mangđến cho các nhà hiển vihọc
ánh sáng cườngđộ mạnh, khuếch tán. Nguồnánhsángtrắngnhân tạo này cạnh

tranh được với ánh sáng Mặt Trời (không cónhiệt đi kèm)ở nhiệt độ màu,và loại
bỏ đặc tính bập bùngđiển hình của các ống huỳnhquang thương mại. So với đèn
volfram,volfram-halogen,hoặc đènhồ quang, thì đènhuỳnh quangchiếu sáng
kính hiển vi cóthể cho khoảngthời gianphục vụ chấtlượng cao tương đối lâu
(khoảng7000 giờ). Là nguồnánhsáng khuếch tán, đèn huỳnhquang tạora trường
rọi sáng đồng đềumà không cócácđiểm nóngkhó chịu, hoặc ánh chói.Kĩ thuật rọi
sáng tia catôtlạnh mới hứahẹnsẽ là một nguồn sáng chuyên dụng dùng trong kĩ
thuật hiển vi quang học, nhất là cho những sự kiện cóthời giansống ngắn được
làm tăng thêmbằng sự kích thích huỳnh quang, và cho những ứngdụngmà nhiệt
hao phí hoặc thời gian sưởiấm trongnguồn sáng cóthể làm cản trở mẫu vậthoặc
việc quan sát.
Một phương pháp thích hợp để chụp ảnh cácmẫuvật đangchuyển động, đặc
biệt cóích trong kính hiển virọi sángyếu, là sử dụng các hệ thống flash chụpảnh
điện tử. Các đơn vị flash điện tử hoạt động nhờ sự inhóa trong ốngthủy tinhchứa
khí xenonđượcđiều khiển bởi sự phóng điện của tụ điện lớn.Xung điện thế cao,
thời gian sống ngắn phát ratừ máybiến thế làmcho khí xenonion hóa, cho phép
tụ phóngđiện qua chất khí lúcnày đã dẫn điện. Một sự bùng phátánhsáng rựcrỡ
đột ngộtxuất hiện,sau khikhí xenon nhanhchóng rơi trở lại trạng thái khôngdẫn
điện, và tụ điện nạp điện. Ống đènflash cho độ rọi 5500K trong sự bùng lêntức
thời có thể ghinhận một lượngđáng kể chi tiết vật thể, thích hợpdùng trongkĩ
thuật chụp ảnh,ghi hình kĩ thuật số, và chụpảnhhiển vi.
Đèn phóngđiện hồ quang, bên trong chứa cácchất khí như hơi thủy ngân và
xenon,thường được dùng làm nguồnrọi sáng cho một số dạng chuyên dụng của
kính hiển vi huỳnh quang. Một đèn hồ quang tiêu biểu sáng gấp 10 đến 100 lần bản
sao volframcủa nó,và có thể manglại sự rọi sáng đơnsắc rực rỡ khikết hợpvới
các bộ lọc giao thoa lưỡng sắcphủ bên ngoài đặc biệt.Không giống như đèn
volfram,đèn volfram-halogen, đèn hồ quangkhông có dây tóc, nhưnglại phụ thuộc
vào sự ion hóa chất hơi, mặc dù sự phóngđiện hồ quangnăng lượng caogiữa hai
điện cựcsinhra ánh sáng cường độ mạnh của chúng. Nói chung,đèn hồ quangcó
thời gian sống trung bình100-200 giờ, và đa số các nguồn cung cấpngoài được

trangbị mộtmáy bấm giờ cho phépcác nhà hiểnvi học giámsátbao nhiêu thời
gian trôi qua. Đèn hồ quang thủy ngân (thườnggọi là mỏ đèn, xemđèn thủy ngân
và xenonminhhọa trong hình 6)có công suất từ 50đến 200watt và thường gồm
hai điện cực hànkín dưới ápsuất hơi thủy ngân cao bên trongống thủy tinh thạch
anh.
Đèn hồ quang thủy ngân và xenon không chocường độ rọi đồngđều trong
toànbộ phổ bước sóng từ tử ngoại tới hồng ngoại. Phầnlớn sức mạnh của đèn hồ
quangthủy ngân tiêu hao trongphổ tử ngoại gần và xanh lam,với đa số cực đại
cường độ cao xuất hiện trong ngưỡng 300-450nm,trừ một vài cực đại có bước
sóng caohơn nằm trong vùng phổ xanhlục. Trái lại, đèn hồ quang xenon có sản
lượng rộnghơn và đồngđều hơn trong phổ khả kiến, và không biểu hiện các cực
đại cường độ phổ rất caođặc trưng như đèn hồ quangthủy ngân. Tuynhiên, đèn
xenon lại kém hiệu quả trong vùngtử ngoại, và tiêu hao một lượng lớnsức mạnh
của chúngtrong vùng hồng ngoại, nên đòihỏi phải điều chỉnhcẩn thận vàphải loại
trừ tìnhtrạng quá nhiệt nếusử dụng các đènnày.
Thời kì sử dụng diodephát quanglàm nguồnchiếu sáng kĩ thuật bắt đầu vào
thế kỉ 21, và diodelà phần bù lítưởng chosự hợp nhất công nghệ bán dẫn và hiển
vi quanghọc. Sự tiêu thụ năng lượng tươngđối thấp (1đến 3 volt, 10 đến100
miliampe)và thờigianhoạt động lâu dài củadiode phát quangkhiến chonhững
dụngcụ này trở thànhnguồn sáng hoàn hảo khichỉ yêu cầu cường độ chiếu ánh
sáng trắng ở mức trungbình. Các kínhhiển vi nối với máy tính giaotiếp quacổng
USB, hoặc đượccấp nguồn bằng pin,có thể sử dụng LEDlàm nguồn sáng bên trong
nhỏ gọn,íttổn hao nhiệt,công suất thấp vàgiá thành rẻ, dùng choviệc quansát
bằngmắt hoặc ghi ảnh kĩ thuật số. Một số kínhhiển vi dùngtrong họctập và
nghiêncứuhiện đang diode phát ánh sáng trắng bên trong,cường độ cao làm
nguồnsángsơ cấp.
Diode phát quanghiện nay đã được kiểm tra và thươngmại hóa trongnhiều
ứng dụngđa dạng, như làm tín hiệu giao thông, mật hiệu, đèn flash, vàđèn chiếu
sáng kiểu vònggắn ngoài chokính hiển vi. Ánh sángdo đèn LED trắng phát ra có
phổ nhiệt độ màu tươngtự với đèn hơi thủy ngân, loạiđènthuộc danh mục chiếu

sáng ban ngày.Phổ phát xạ của đèn LEDtrắng đượcbiểu diễn trong hình3, cực đại
pháttại 460nmlà do ánh sángxanhlam phát ra bởi diode bán dẫn galliumnitride,
còn vùng phát sáng rộng cường độ cao nằm giữa 550 và650nm là doánhsáng thứ
cấp phát ra bởi phosphorphủ bên tronglớp vỏ polymer.Sự tổng hợp các bước
sóng tạoraánh sáng“trắng”có nhiệt độ màu tương đối cao, làvùng bước sóng
thích hợp cho việc chụp ảnh và quan sátở kính hiển viquang học.
Nguồn sáng laser
Một nguồn phát ánh sáng khả kiến nữa đang có tầmquan trọngngày càng
cao trong cuộc sống hàngngày của chúng ta, đó là laser. Laserlà tên viết tắt
từ LightAmplificationby theStimulated Emission ofRadiation(Khuếch đại ánh
sáng bằng sự phát bức xạ cưỡng bức). Một trong nhữngđặcđiểm vôsong của laser
là chúngphát ra chùm ánh sáng liêntục gồm mộtbước sóng riêngbiệt (hoặc đôi
khi là một vài bước sóng), cùng pha, đồng nhất, gọi làánhsáng kết hợp.Bước sóng
ánh sáng do laserphát ra phụ thuộc vào loại chất cấutạo nên laserlà tinh thể,
diode haychất khí. Laser được sản xuất đadạngvề hình dạng và kích thước, từ
những chiếc laserdiodebéxíu đủ nhỏ để lắp khít vàolỗ kim, cho tới những thiết bị
quân sự và nghiên cứuchiếm đầy cả một tòa nhà.
Laser được sử dụng làm nguồn sáng trong nhiều ứng dụng, từ các đầu đọc
đĩa compact chotới các thiết bị đo đạc và dụng cụ phẫu thuật.Ánhsángđỏ quen
thuộccủa laser helium-neon(thường viết tắt là He-Ne) được dùng để quét mã
vạchhàng hóa, nhưng cũngđóng vai trò quantrọngtrong nhiều hệ thống hiển vi
quét laserđồng tiêu.Ứng dụng lasertrong kính hiểnvi quang học cũngngày càng
trở nên quan trọng, vừa là nguồn sáng duynhất, vừalà nguồn sáng kết hợpvới các
nguồnsánghuỳnh quang và/hoặc nguồn nóng sáng. Mặc dù giá thành tươngđối
cao, nhưng lasercũng tìmthấy ứng dụngrộng rãitrong kĩ thuậthuỳnhquang,
chiếusáng đơn sắc, và trongcác lĩnh vựcđangphát triển nhanhchóng như kĩ thuật
quét laserđồng tiêu,phản xạ nội toàn phần, truyền năng lượng cộnghưởng huỳnh
quang,vàkínhhiển vi nhân quang.
Laser argon-ion (hình 8)tạo ra phổ phát xạ mạnh mẽ ở 488và 514nm, còn
laser khí krypton biểuhiện các cực đạilớntại bướcsóng 647,1và752,5nm. Cả hai

loại lasernày thường được dùng làmnguồn kích thích trong kính hiển vi laserquét
đồngtiêu. Laser xungmode khóa tinh thể sapphire phatạp chất titanđược dùng
làm nguồn kíchthích nhân quangdo cường độ cực đại cao của chúng, nhưngchúng
cũng bộc lộ côngsuấttrung bình thấp và chukìcông suất ngắn. Lànguồnsáng
được ưa chuộnghơn dùngcho kínhhiểnvi nhân quang, laser xungđắthơn nhiều
và khó hoạtđộnghơn so với các laser nhỏ, làmnguội bằngkhông khí dùng trong
kính hiển vi đồngtiêu.
Công nghệ lasermới gồm các diode lasernền bán dẫn và lasergắn trên chip,
làm giảm kích thước vàyêu cầu côngsuất đối vớinguồn sáng.Diode laser,ví dụ
như neodymium:yttrium lithiumfluoride(Nd:YLF)và neodymium:yttrium
vanadate(Nd:YVO(4)), thường đápứng nhanhhơn nhiều so với LED,nhưngcũng
tương đối nhỏ và yêu cầu công suất thấp. Bấtlợicủaviệc sử dụng laser trong kính
hiển vigồm giá thành thêm vào cho nguồn sáng, sự rủi ro gây thiệt hại đắttiền, làm
tăng giáthành liênđới với thấu kính và gương phủ ngoài, pháhủy mẫu vật, và có
thể làm hỏng võng mạccủanhà hiển vi học nếu như quy trình bào vệ và kĩ thuật
điều khiển bị xemnhẹ.
Tóm lại, mặc dù có nhiều nguồn chiếusáng đa dạng hiện có sẵn, nhưng
chúng ta thường chỉ sử dụng vài nguồnsángtrong cuộc sống hàng ngày. Vào ban
ngày, Mặt Trời đóng vaitrò là nguồnchiếu sáng chủ yếucủa chúng taở ngoài trời,
còn thường thìchúng ta sử dụng đèn huỳnhquang và đèn volfram để thắp sáng
trong nhà và vào ban đêm. Như đã nói ở phần trên, ba nguồn sáng cơ bản này có
tính chất và đặctrưng phổ khác nhau,nhưng cườngđộ cực đại của chúng đều rơi
vào vùngánh sáng khả kiến. Não người tự độngđiều chỉnhtrước các nguồn sáng
khác nhau, vàchúng ta cảmnhận đượcmàu sắc của đa số các vật xungquanh mình
khi chúng được nhìndưới nhữngđiều kiệnchiếu sángkhác nhau.