光學(xué)儀器分辨率

1、光學(xué)儀器分辨率第1頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一 平行光通過(guò)圓孔經(jīng)透鏡會(huì)聚，照射在焦平面處的屏幕上，也會(huì)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(gè)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(ài)里斑第2頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一圓孔衍射光強(qiáng)分布10夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射光強(qiáng)分布*第3頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一愛(ài)里斑 第一暗環(huán)所圍成的中央光斑稱為愛(ài)里斑。第一暗環(huán)對(duì)應(yīng)的衍射角 稱為愛(ài)里斑的半角寬，經(jīng)圓孔衍射后，一個(gè)點(diǎn)光源對(duì)應(yīng)一個(gè)愛(ài)里斑。：艾里斑直徑第4頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月

2、20日，3點(diǎn)46分，星期一 按照波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn)，透鏡相當(dāng)于一個(gè)圓孔，由于衍射的存在，一個(gè)物點(diǎn)通過(guò)透鏡所成的像，不是一個(gè)幾何點(diǎn)像，而是一個(gè)有一定大小的愛(ài)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(duì)成象質(zhì)量有直接影響。 一一對(duì)應(yīng)幾何光學(xué): 物點(diǎn)像點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)波動(dòng)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(duì)點(diǎn)物成像，是一個(gè)有一定大小的愛(ài)里斑。第5頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一兩個(gè)物點(diǎn)通過(guò)透鏡所成的像，就是兩個(gè)愛(ài)里斑。瑞利給出恰可分辨兩個(gè)物點(diǎn)的判據(jù)。 若兩物點(diǎn)距離很近，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)愛(ài)里斑可能部分重疊而不易分辨。S1S2光學(xué)儀器對(duì)點(diǎn)物成像，是一個(gè)有一定大小的

3、愛(ài)里斑。第6頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一 1、瑞利判據(jù) 對(duì)于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源 (物點(diǎn)) ，一個(gè)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(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨。第7頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一*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(shí)，兩個(gè)物點(diǎn)對(duì)透鏡中心所張的角，稱為最小分辨角。第8頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一光學(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

4、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(zhǎng)第9頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一 對(duì)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(duì)顯微鏡，主要通過(guò)減小波長(zhǎng)來(lái)提高分辨率。電子顯微鏡用加速的電子束代替光束，其波長(zhǎng)約 0.1nm，用它來(lái)觀察分子結(jié)構(gòu)。 榮獲 1986 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(gè)原子的運(yùn)動(dòng)圖像。 提高光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)的兩條基本途徑：第10頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期

5、一 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(gè)星系。 第11頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一解（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(jiàn)光中，人眼最敏感的波長(zhǎng)為550nm，問(wèn)：（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(shí)才能被分辨？第12頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)46分，星期一眼睛的最小分辨角為設(shè)人離車的距離為 S 時(shí)，恰能分辨這兩盞燈。取解：d =120 cmS由題意有觀察者在迎面駛來(lái)的汽車上，兩盞前燈相距120 cm ，設(shè)夜間人眼瞳孔