弗里茨·塞爾尼克（荷蘭語：Frits Zernike，1888年7月16日－1966年3月10日），荷蘭物理學家，因發明相襯顯微技術而獲得1953年諾貝爾物理學獎。他的發明對科學和社會生活產生了重大影響，特別是在生物學及醫學方面的應用，使得活體細胞和小的器官組織的對比度圖像得以清晰觀察。
人物經歷
塞爾尼克1888年7月16日出生于荷蘭阿姆斯特丹一個數學教師的家庭里。他父母都是數學教師。父親當過小學校長，編過數學教材，以注重教學法聞名。塞爾尼克的幾位兄妹都是大學教授和文化界著名人士。
塞爾尼克從他父親那里繼承了對物理學的愛好。他小時候就有自己的實驗器材庫。由于偏愛科學課程，希臘文和拉丁文往往考不及格。在學生時代他把大量時間投入實驗，特別是彩色照像術。由于經費有限，他不得不自己備制彩色攝影所需的乙醇。他還靠自己的智慧自制了一臺照相機和小型天文觀測器，配上舊唱機中的發條，竟可用于拍攝慧星照片。他還和其父母一起解過許多數學難題。
1905年塞爾尼克進入阿姆斯特丹大學，主修化學，輔修數學和物理。1908年曾獲數學金獎。據說，頒獎前人們問他，愿意拿金質獎章還是要獎金，他回答說：“愿意要錢。”因為他已經享受過獲得金質獎章的殊榮。
1913年塞爾尼克接受格羅寧根大學天文學教授卡普頓（Kapteyn）的邀請當其助手。1915年塞爾尼克以應用約西亞·吉布斯統計力學獲博士學位。以后他在這個領域與人合作繼續開展研究。
1915年任格羅寧根大學講師，主講數學物理，1920年升為正教授。他在統計物理學方面有廣泛論著。在實驗方面則以靈敏電流計的設計著稱，后來這種靈敏電流計被廠家大批生產，得到廣泛應用。
1930年他回到光學研究，寫了關于凹面光柵的像差和空間相干等論著。1938年—1948年他和他的學生們合作，研究透鏡像差對衍射花樣的影響。
塞爾尼克不久于1961年3月10日逝世。
主要成就
1935年，塞爾尼克提出“相襯法”，指出對于因位相變化而產生的看不見的影響，可以轉化為與之等價的可見的振幅變化，也就是通過空間濾波器將物體的位相分布轉換為相應的振幅分布，從而大大提高了透明物體的可分辨性。塞爾尼克不僅給出了上述的理論分析，而且還制造了第一臺相襯顯微鏡。
光通過透明物體時是要慢下來的，為了把直接傳播的光和被物體衍射的光區分開來，在聚光器的焦平面上放一環形光柵，并在兩個物鏡之間插入一個相板，使相板上的環形條紋與環形光柵的象恰好重合。這樣，直接光全部穿過位相板上的環紋，而衍射光多半穿過紋道的外部，從而使直接光和衍射光之間產生了相差。如果相板做得能使入射光波延遲1/4波長，那么兩波的峰及谷將會重合，這將給出大振幅的合成波，細節就會明顯地呈現出來。
顯微鏡中所觀察的許多物體，如生物切片、油膜和位相光柵等，均具有較高的透明度。光波通過這些物體時，只改變入射光波的位相而不改變它的振幅，這種物體稱為“位相物體”。因為人眼只能辨別強度的差別，亦即振幅的變化，而不能識別位相的變化，因而用普通顯微鏡無法觀察位相物體。
相襯顯微技術是一種光學顯微技術，它利用光線在穿過透明樣品時產生的微小相位差，并將這個相位差轉換為圖像中的幅度或對比度的變化，從而使得原本難以觀察的透明物體的細節得以清晰顯示。這種技術特別適用于觀察活體細胞周期，因為它不需要對細胞標本進行染色，從而避免了對細胞的潛在傷害。
相襯法
相襯法不是在使用顯微鏡的過程中發現的，而是塞爾尼克在工作于別的光學領域時發現的。這要從1920年澤爾尼克對衍射光柵產生興趣時說起。這種反射式光柵是由平面或凹面鏡片構成，鏡片表面上刻有大量等距的刻痕。刻痕位置稍有差錯，就會明顯影響光柵的光學效果。刻機周期性重復出現的誤差，使光程差發生相應的變化，觀察者在觀察鏡面時，就會看到鏡面似乎變得起伏不平。光柵表面細致的刻線直接用肉眼是看不見的，看到的只是在鏡面上出現相隔較寬的粗線。用這樣的光柵所形成的光譜，往往在每根強度譜線兩側伴隨有一系列雜亂的弱線，這就叫“羅蘭鬼線”。一塊完善的光柵，像手掌那么大，拿在手里，在均勻照明之下，看上去色彩豐富，斑斕絢麗，展現出可見光譜里的各種顏色。可是，實際上有的光柵看上去卻是“傷痕”遍布，在彩帶上疊加了一條條粗線。
1902年阿倫（H.S.Allen）曾宣稱，這些粗線不是真實的，乃是主要譜線與其鬼線互相干涉抵消的結果。1920年塞爾尼克在研究光柵時，對這一說法表示異議。他認為這些帶“傷痕”的表面視場要比照像底片拍攝所得的光譜照片提供了更多信息，表面視場給出了鬼線的相對位相，而照片丟失了鬼線的位相信息。塞爾尼克這時正在從事統計物理學研究，就把這一問題放在心里，留待以后研究。
大約在1930年，塞爾尼克的實驗室得到了一塊大凹面光柵，安裝在支架上準備使用。很快人們就看到了光柵表面的“傷痕”。由于光柵距人眼6m，看不清楚，澤爾尼克試著用一臺小型望遠鏡觀察它。這時不期而遇的事情發生了。線條狀的傷痕看得非常清楚，可是當把望遠鏡精確聚集在鏡面表面時，線條卻消失無遺。怎么回事，澤爾尼克想起了的思考，他意識到這一現象的重要意義，立刻集中精力研究這個光學問題。他借助于阿貝的成像理論，經過一系列實驗和計算，終于作出了成功的解釋。原來這是由于波的位相差所引起的干涉現象。
1935年，塞爾尼克進一步根據位相理論研究出了位相反襯法，發明了相襯顯微鏡。在他的第一次設計中，使用一個直線條帶樣的孔徑光闌，并在物鏡的后焦面放置一個相應的直線條帶光闌。塞爾尼克在他的諾貝爾領獎詞中提到這一發明的偶然性時說：“然而，這個裝置使物體結構的顯微像顯示了暈，因為衍射效應使物體細節的帶狀物像——沿垂直于帶的方向散開，從而使像上的小亮點成為短線段狀。為了避免這種觀象，我改用了環狀光闌，此光闌導致暈圈向各方向散開，不過暈圈變得很微弱以致實際上完全沒有意義。”
相襯顯微鏡
早在1932年，塞爾尼克就試制成功第一臺相襯顯微鏡，1932年4月26日他向德國申請專利。經過塞爾尼克的不斷努力，1936年德國專利局才批準他4年前的申請。1933年在荷蘭瓦赫寧恩召開專業會議，他提交了題為“顯微鏡觀察的一種新方法”的論文，可是當他向會議報告他的實驗和理論時，遭到了同樣的冷遇，與會者對他的發明不感興趣，沒有提出任何問題。當他帶著試制成功的樣鏡向德國耶拿的蔡司公司論證相襯顯微鏡的作用和生產時，卻沒有得到熱情的支持；在韋茨拉爾，他與萊茲（E.Leitz）洽談時，發生了同樣的情況。
直到1941年，蔡司公司才生產出相襯物鏡和附件。塞爾尼克克服重重困難，繼續進行試驗，不斷作出改進，終于使相襯顯微鏡被全世界廣泛使用。1944年在烏得勒支，塞爾尼克與光學儀器制造者布林克合作研制了消色差的相村顯微鏡物鏡，并在物鏡內安裝了位相板。
1951年海尼（H.Heine）為相襯設備開發了聚光鏡的環狀照明裝置。這以后，其他公司才陸續生產相襯顯微鏡，如德國格丁根的蔡司-威克爾（zeissWinkel）公司，美國光學公司以及蒂姆·庫克、特羅頓和辛姆斯（Cooke，Troughton&Sims）有限公司。
全世界生產相襯顯微鏡的公司很多，相襯顯微鏡已經廣泛應用于生物學及醫學方面作細菌學和病理學的研究，也在礦物晶體微形貌學中得到了有效的應用。用這種特殊的顯微鏡，可以進行晶體表面生長的動態觀察。
原理知識
目前主要應用的相襯顯微鏡的原理，它的核心是一個位于聚光器的孔徑光闌位置的匹配環1和位于物鏡鏡頭后方的相位板。首先光線從照明用的燈絲內的一點射出，由場透鏡精確的聚焦在聚光器處的匹配環的開放處。由于這個位置處在聚光器的前焦平面，光線在通過聚光器后將變成平行光。假設這兩束光線在標本平面2（也就是顯微鏡的載玻片的位置）不發生反射和折射，它們將平行的射入物鏡。由于所有的平行光都會聚焦在后焦平面上，物鏡的后焦平面是聚光器的前焦平面的共軛平面。而實際上，部分光線通過標本以后將會發生反射和折射，而后將在平面3處聚焦，因此平面3也是物平面的共軛平面。為了完成調整相位的需求，需要在此處添加一塊相位板。相位板的另一個作用是將未被標本影響的光線減弱，用相位對中望遠鏡觀察物鏡后方的相位板，可見減光材料形成的暗環。大多數現代顯微鏡廠商使用真空沉積法制造相位板，把電解質或金屬材料沉積在獨立鏡片上，或者直接加工在物鏡的某片透鏡表面。
如果要使相襯顯微鏡清晰成像，需要將這兩個部件準確的放置在一起，中心也需要對準。在調整的過程中，使用相位對中望遠鏡暫時的取代一個目鏡，讓物體的像聚焦在相位板上，然后通過望遠鏡觀察將匹配環和相位板對應的環調整到同心位置。
曾經有過一種有趣的相襯設計的變種，在這個設計中，匹配環被一個十字形的傳輸縫代替，而位于物鏡共軛平面的相位環被一個十字形的相位板代替。這個設計的優點是在所有的相位物體的放大過程中只需要一個縫狀光圈，而十字的形狀使得重新對齊中心和旋轉對齊非常容易，因此調整不再需要使用對中望遠鏡了。
一些型號的顯微鏡在出廠前已經預先校準聚光鏡系統，并不需要用戶進行相襯對中操作。此外，相襯物鏡也可以用于明場觀察，只需將環形相襯光闌移出聚光鏡的光路，切換為明場照明即可。
外部鏈接
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