光學(xué)儀器分辨率

關(guān)于光學(xué)儀器分辨率第1頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三平行光通過圓孔經(jīng)透鏡會聚，照射在焦平面處的屏幕上，也會形成衍射圖樣。衍射圖樣是一組同心的明暗相間的圓環(huán)，中央處是一個亮圓斑。中央明區(qū)集中了衍射光能的83.5%一、圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射愛里斑第2頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三圓孔衍射光強(qiáng)分布10夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射光強(qiáng)分布*第3頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三愛里斑第一暗環(huán)所圍成的中央光斑稱為愛里斑。第一暗環(huán)對應(yīng)的衍射角稱為愛里斑的半角寬，經(jīng)圓孔衍射后，一個點(diǎn)光源對應(yīng)一個愛里斑。：艾里斑直徑第4頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三按照波動光學(xué)的觀點(diǎn)，透鏡相當(dāng)于一個圓孔，由于衍射的存在，一個物點(diǎn)通過透鏡所成的像，不是一個幾何點(diǎn)像，而是一個有一定大小的愛里斑。大多數(shù)光學(xué)儀器所用透鏡的邊緣都是圓形，圓孔的夫瑯和費(fèi)衍射對成象質(zhì)量有直接影響。一一對應(yīng)幾何光學(xué):

物點(diǎn)像點(diǎn)一一對應(yīng)波動光學(xué):物點(diǎn)像斑二、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器對點(diǎn)物成像，是一個有一定大小的愛里斑。第5頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三兩個物點(diǎn)通過透鏡所成的像，就是兩個愛里斑。瑞利給出恰可分辨兩個物點(diǎn)的判據(jù)。若兩物點(diǎn)距離很近，對應(yīng)的兩個愛里斑可能部分重疊而不易分辨。S1S2光學(xué)儀器對點(diǎn)物成像，是一個有一定大小的愛里斑。第6頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三

1、瑞利判據(jù)對于兩個強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源(物點(diǎn))，一個點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小相重合，這時兩個點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨。第7頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三**2、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)（兩光點(diǎn)剛好能分辨）光學(xué)儀器的通光孔徑滿足瑞利判據(jù)的兩物點(diǎn)間的距離，就是光學(xué)儀器所能分辨的最小距離。此時，兩個物點(diǎn)對透鏡中心所張的角，稱為最小分辨角。第8頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三光學(xué)儀器分辨率光學(xué)儀器的最小分辨角越小，分辨率就越高。提高光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)的兩條基本途徑是加大成像系統(tǒng)的通光孔徑采用較短的工作波長第9頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三對望遠(yuǎn)鏡，不變，盡量增大透鏡孔徑D，以提高分辨率。一般天文望遠(yuǎn)鏡的口徑都很大，世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡在智利，直徑16米，由4片透鏡組成。

對顯微鏡，主要通過減小波長來提高分辨率。電子顯微鏡用加速的電子束代替光束，其波長約0.1nm，用它來觀察分子結(jié)構(gòu)。榮獲1986年諾貝爾物理學(xué)獎的掃描隧道顯微鏡最小分辨距離已達(dá)0.01?，能觀察到單個原子的運(yùn)動圖像。

提高光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)的兩條基本途徑：第10頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三1990年發(fā)射的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的凹面物鏡的直徑為2.4m，最小分辨角，在大氣層外615km高空繞地運(yùn)行,可觀察130億光年遠(yuǎn)的太空深處,發(fā)現(xiàn)了500億個星系。第11頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三解（1）（2）例：設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見光中，人眼最敏感的波長為550nm，問：

（1）人眼的最小分辨角有多大？（2）若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時才能被分辨？第12頁，共14頁，2023年，2月20日，星期三眼睛的最小分辨角為設(shè)人離車的距離為S時，恰能分辨這兩盞燈。取解：d=120cmS由題意有觀察者在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距120cm，設(shè)夜間人眼瞳孔直徑為5.0mm，入射光波為550nm。例：人在