光学仪器分辨率
光谱仪的光学分辨率
光谱仪的光学分辨率
光谱仪的光学分辨率主要取决于光栅刻线密度和入射光口径（光纤或狭缝）的大小。
具体来说，光分辨率随着光栅刻线密度的增大而增大，但同时光谱范围会随之降低。
另外，光分辨率也随着狭缝宽度或光纤直径的减少而增大，但减少狭缝宽度或者光纤芯径的同时，信号强度会降低。
光谱仪的光学分辨率（Optical Resolution）通常用测量曲线的半峰宽（FWHM）来表示，也被称为色散。
这个数值是通过一个公式来计算的：OR=SR/n x PR。
其中，OR是光谱仪的光分辨率（单位：nm），SR是光栅分光范围（单位：nm），n是检测器原件的数量（单位：像素），PR是光谱仪和狭缝的像素分辨率（单位：像素）。
此外，光谱分辨率是指传感器所能记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，波长范围值越宽，光谱分辨率越低。
例如，MSS多光谱扫描仪的波段数为5（指有5个通道），波段宽度约为100～2000 nm 而成像光谱仪的波段数可达到几十基至几百个波段，波段宽度则为5～10 nm。
请注意，具体数值和计算方法可能因仪器和测量条件而有所不同，请以实际使用的光谱仪为准。
同时，了解仪器分辨率时，需综合考虑光学分辨率和光谱分辨率的影响。
第11章波动光学练习题
第十一章波动光学一、填空题（一）易（基础题）1、光学仪器的分辨率R= 。
2、若波长为625nm的单色光垂直入射到一个每毫米有800条刻线的光栅上时，则第一级谱线的衍射角为。
3、在单缝夫琅和费衍射实验中，屏上第三级暗纹对应的单缝处波面可划分为个半波带。
4、当光由光疏介质进入光密介质时，在交界面处的反射光与入射光有相位相反的现象，这种现象我们称之为。
5、干涉相长的条件是两列波的相位差为π的（填奇数或偶数）倍。
6、可见光要产生干涉现象必须满足的条件是：。
7、在麦克耳逊干涉仪的一条光路中，插入一块折射率为n，厚度为d的透明薄片，插入薄片使这条光路的光程改变了；8、波长为λ的单色光垂直照射在由两块平玻璃板构成的空气劈尖上，测得相邻明条纹间距为L,若将劈尖角增大至原来的2倍，则相邻条纹的间距变为。
9、单缝衍射中狭缝愈窄，条纹间距愈。
10、在单缝夫琅和费衍射实验中，第一级暗纹发生在衍射角300的方向上，λ=，则缝宽为。
所用单色光波长为500nm11、用波长为λ的单色光垂直照射置于空气中厚度为e的折射率为1.5的透明薄膜，两束反射光的光程差为；12、光学仪器的分辨率与和有关，且越小，仪器的分辨率越高。
13、当一束自然光通过两片偏振化方向成30o的偏振片后，其出射光与入射光的光强之比为。
（二）中（一般综合题）1、若麦克耳逊干涉仪的可动反射镜M移动0.620的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的波长为 mm 。
2、在杨氏双缝干涉实验中，如果相干光源1S 和2S 相距0.20d mm =，1S 、2S 到屏幕E 的垂直距离为 1.0D m =。
若第二级明纹距中心点O 的距离为6.0mm ，则单色光的波长为 ；相邻两明条纹之间的距离为 。
3、用单色光垂直照射空气劈形膜,当劈形膜的夹角减小时,干涉条纹_______劈棱方向移动,干涉条纹间距__________。
4、用单色光垂直照射空气劈形膜;观察反射光的干涉,则劈棱处是_____纹； 若改用波长大的单色光照射,相邻条纹间距将变__________。
光学放大率 光学分辨率极限
光学放大率光学分辨率极限
光学放大率指的是光学系统对物体成像的放大倍数，通常用于描述显微镜、望远镜等光学仪器的性能。
光学分辨率极限则是指光学系统能够分辨的最小细节或最小特征的极限值，通常以某种特定的标记或结构来表示。
以下是光学放大率和光学分辨率极限的示例：
1.在显微镜中，光学放大率是指物镜与目镜之间的放大倍数。
例如，如果一
个显微镜的物镜放大10倍，目镜再放大4倍，那么总的光学放大率就是40倍。
这种放大倍数可以让人眼更清楚地看到微小的物体或结构。
2.光学分辨率极限通常以某些特殊的标记或结构来表示，例如以双线或多线
等形式来标定。
例如，一个显微镜可能具有0.2微米的分辨率极限，这意味着它可以分辨出0.2微米宽度的标记或结构。
综上所述，光学放大率和光学分辨率极限是描述光学系统性能的重要参数，具有实际的应用价值。
了解和选择适当的光学仪器可以提供更好的观察和测量效果。
角分辨率计算公式
角分辨率计算公式角分辨率计算公式是一种表示望远镜和光学仪器分辨率的方法，它使用弧分作为望远镜的外形尺寸的基本单位。
它的定义是：角分辨率指的是望远镜或光学仪器所能检测的最小角精度。
在这里，角分辨率计算公式指的是望远镜或光学仪器的最小角精度所对应的几何数学表达式，这种表达式可以给出一个角分辨率值，它表明了望远镜或光学仪器的角度检测精度。
二、角分辨率计算公式的常用形式角分辨率计算公式的一般形式为：Δθ=1.22 X/D，其中，Δθ表示望远镜或光学仪器能够检测的最小角度精度，λ表示波长，D表示口径。
这个计算公式可以用来计算出望远镜或光学仪器的角度检测精度，这使得望远镜和光学仪器的性能更加易于测量和比较。
此外，还有几个变形的角分辨率计算公式：Δθ=1.22 X/f，其中，f表示焦距；Δθ=180Xλ/πD；Δθ=180Xλ/πf等，它们用于计算不同类型的望远镜或光学仪器的角度检测精度。
三、角分辨率计算公式示例下面给出一个使用角分辨率计算公式计算望远镜或光学仪器角度检测精度的示例：假设有一个望远镜，口径为500毫米，波长为500纳米，则角分辨率计算公式可以用来计算出该望远镜的最小角度精度：Δθ=1.22 X 500/500=1.22弧度因此，用角分辨率计算公式可以得出，该望远镜的最小检测角度精度为1.22弧度。
四、角分辨率计算公式的应用角分辨率计算公式在望远镜和光学仪器性能测量和比较方面有着重要的作用，它可以帮助测量和比较望远镜或光学仪器的角度检测精度。
例如，它可以帮助检测新型望远镜、反射镜和反光镜的精度是否满足特定的精度要求，也可以用来比较不同类型望远镜和光学仪器检测角度的精度大小，也可以用来帮助设计和构建更高精度的望远镜和光学仪器系统。
五、总结本文介绍了角分辨率计算公式的内容，并给出了一个示例，介绍了角分辨率计算公式的应用。
总之，角分辨率计算公式是望远镜和光学仪器分辨率的重要表示方法，它可以帮助科学家比较不同望远镜和光学仪器，从而让望远镜和光学仪器更加精准和高效。
光学分辨率计算公式
光学分辨率计算公式
光学分辨率是指光学成像系统（如照相机、望远镜、显微镜等）可以
提供的最小视觉分辨能力，它可以用来衡量系统成像质量的高低，是影像
识别成功率和模拟成像分辨率法之一。
光学分辨率的计算公式为：
R=1.22*λ/D(R为解析度，单位为像素/度；λ为波长，单位为米；D为
像征孔径，单位为米)。
其中，波长λ可以根据成像系统的类型而有所不同，一般选用可见光波长550纳米，而像征孔径D主要是由光学系统所拥
有的最大孔径决定的。
由此可见，我们可以改变像征孔径来改变光学分辨率，而波长方面也可以不断更改来达到更高的光学分辨率。
综上所述，光
学分辨率的计算公式就是：R=1.22*λ/D，其中λ和D是可以更改的参数，以便使光学分辨率达到最优。
光学仪器分辨率的解释以及分析
光学仪器分辨率的解释以及分析光学仪器的分辨率是指它能够分辨出两个距离非常接近的对象时的能力。
在光学仪器中，分辨率是一个重要的性能指标，它直接影响测量结果的准确性和可靠性。
高分辨率的光学仪器能够提供更精确的测量结果，同时也能够显示更清晰的图像。
光学仪器的分辨率受到多个因素的影响，主要包括以下几个方面：1.光学系统的设计：光学仪器的分辨率与光学系统的设计密切相关。
光学系统包括透镜、物镜、镜头等组件，它们的质量和精确度会直接影响分辨率。
优质的透镜和物镜能够减少畸变和色差，提高分辨率。
2.光源的性质：光源的性质也会对分辨率产生影响。
例如，白光源可以提供更丰富的光谱信息，对颜色和细节的分辨能力更强。
而单色光源则能够提供更纯净、清晰的图像，对细微差别的分辨能力更高。
3.探测器的性能：光学仪器的分辨率还受到探测器的性能限制。
探测器的灵敏度、信噪比和动态范围等参数会影响仪器的分辨率和测量的准确性。
4.采样率：在数字图像处理中，采样率也是影响光学仪器分辨率的重要因素。
采样率是指在一定距离内观察到对象时，所采集的数据点的数量。
采用更高的采样率可以获得更多的数据点，提高图像质量和细节分辨率。
在分辨率的分析中，我们需要考虑仪器的理论分辨率和实际分辨率两个方面。
理论分辨率是指根据仪器的物理特性和公式计算得出的分辨率值。
例如，在显微镜中，理论分辨率可以由阿贝分辨极限公式计算得出。
理论分辨率是仪器的最佳分辨能力，但通常在实际使用中很难达到。
实际分辨率是指在实际使用中，仪器能够实际达到的分辨能力。
它受到多个因素的影响，包括光学元件的质量、光源的性质、探测器的性能等。
实际分辨率往往要低于理论分辨率，但可以通过优化仪器的参数和使用适当的技术手段来提高。
为了提高光学仪器的分辨率，可以采取以下几种方法：1.使用更好的光学材料和加工工艺，以提高光学元件的质量和精确度。
2.优化光学系统的设计，减少畸变和色差，提高分辨率。
3.使用高质量的光源，如白光源或单色光源，以提供更高质量的图像和更强的分辨能力。
显微镜分辨率计算公式
显微镜分辨率计算公式
显微镜分辨率公式是D=（0.61λ）÷（Nsinθ），其中λ指入射光波长，N是折射率，θ是入射光角度。
扩展资料：
1、显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。
主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。
2、显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。
现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达波长的1/2，国内显微镜机械筒长度一般是160毫米，其中对显微镜研制，微生物学有巨大贡献的人为列文虎克、荷兰籍。
13.3 圆孔衍射 光学仪器的分辨率
θ R = 1.22
λ
d
= 2.2 × 10 rad
−4
l θ≈ 设人离纱窗距离为S，则 s l s= = 9.1m 恰能分辨 θ = θ R
θR
作业：12 13 18 19
13.3 圆孔衍射 光学仪器的分辨率
一、圆孔衍射 衍射屏
λ
透镜L 观察屏
θ1
f
圆 孔 孔径为D
中央亮斑
(爱里斑)
第一暗环所围成的中央光斑称为爱里斑，约 80% 的光强集中于 此。随后的亮环越来越暗，间隔不等。 爱里斑半径d 对透 1.22λ / D = f
s1 * s2 *
θ0
D
θ0
在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角度， 称为最小分辨角θ0 ，等于爱里斑的半角宽度。
θ 0 = 1.22λ / D
最小分辨角的倒数
1
θ0
称为光学仪器的分辨率
D R= = θ0 1.22λ
1
D为光学仪器的透光孔径
提高 R 的途径
D R= = θ0 1.22λ
1
对被观察物，λ 不可选择，为提高望远镜分辨本领，
↑ D →↑ R
增加仪器孔径：望远镜达 8m；射电望远镜天线阵 减小波长：光学显微镜放大倍数仅 2000 倍；电子 显微镜利用 λ = h/p = 0.01~10nm。
例 在通常的明亮环境中，人眼瞳孔的直径约为3 mm，问人眼的最小分辨角是多大？如果纱窗上两 根细丝之间的距离 l=2.0mm，问离纱窗多远处人眼 恰能分辨清楚两根细丝？ 解 以视觉感受最灵敏的黄绿光来讨论，其波长 λ=550nm，人眼最小分辨角
二、光学仪器的分辨率 在光学成象问题中，有两种讨论方法： 几何光学 : (经透镜) 物点 ⇒ 象点 物(物点集合) ⇒ 象(象点集合) (经透镜) 物点 ⇒ 象斑 物(物点集合) ⇒ 象(象斑集合)
光学仪器标准
光学仪器标准引言：光学仪器是一种用来检测、测量和分析光学信号的设备。
在各行业中，光学仪器被广泛应用于医学、生物学、化学、材料科学、环境科学等领域。
为了确保光学仪器的质量和性能达到标准，制定了一系列的光学仪器标准。
本文将从光学仪器标定、测试方法、安全规范等方面进行论述。
一、光学仪器标定标准光学仪器的标定是确保其准确度和稳定性的重要环节。
在标定光学仪器时，需要参照一系列的标准进行。
首先是光强度的标准。
光强度的标定需要使用一个稳定的、已知光强度的光源，进行标定光强度的测量装置。
其次是波长的标定。
波长的标定一般需要使用一个准确的波长标准装置，比如干涉仪或光栅光谱仪等。
最后是时间的标定。
时间标定通常使用高精度的时钟或者计时装置来测量光学仪器的响应时间。
二、光学仪器测试方法光学仪器的测试方法对于确保它们的性能和质量非常重要。
在进行测试时，可以采用以下几种常用的方法。
第一种是光学分辨率测试方法。
光学分辨率表示仪器可以分辨的最小角度或最小距离。
常用的测试方法有衍射法、干涉法和点扩散函数法等。
第二种是光学透射率测试方法。
透射率表示光信号通过光学系统的比例。
常用的测试方法有透射光谱法、反射光谱法和光电二极管法等。
第三种是光学相位差测试方法。
相位差表示不同波长的光通过物质后引起的光程差。
常用的测试方法有斯托克斯法和Zernike法等。
三、光学仪器安全规范光学仪器在使用过程中需要遵守一系列的安全规范，以确保操作人员的安全和设备的正常运行。
首先是光学辐射安全规范。
对于涉及激光的光学仪器，需要遵守激光辐射的安全标准，如激光安全分类标准和辐射功率限制等。
其次是电气安全规范。
电气安全规范指导使用光学仪器时电气部分的安装和维护。
最后是化学品安全规范。
在一些实验室环境中，光学仪器需要与化学试剂一起使用，需要遵守化学品的安全操作规范，以防止发生意外事故。
四、光学仪器质量管理体系为了确保光学仪器的质量稳定和可靠，需要建立完善的质量管理体系。
大学物理第12讲：10.4 圆孔衍射、光学仪器的分辨率
4、分辨本领： 最小分辨角的倒数
1 D 1 1.22 1
5、人眼的分辨本领
5 107 4 0 1.22 1.22 1 . 22 10 rad 3 D 5 10
思考： 望远镜的分辨本领？
显微镜的分辨本领？
课堂练习2：在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距120cm，设夜 间人眼瞳孔直径为5.0mm，入射光波长为500nm，问汽车离人多 远的地方，眼睛恰可分辨这两盏灯？
欧洲南方天文台将在智利阿塔卡玛沙漠建造世界最大 的天文望远镜。该望远镜镜片直径是一座足球场长度的一 半，它对可见光和红外线的灵敏度将是现存望远镜的十倍 。天文学家希望，这座望远镜能帮助人们破解有助于解释 宇宙演化的暗物质秘密，甚至能探测到外星人的行踪。 2020年前投入使用
1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为2.4m ，最小分辨角 0.1'' ，在大气层外615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 .
英豪天文台卡塞格林折反射光路的500毫米望 远镜，是目前华南地区最大的天文望远镜。
中国将在贵州建造世界上最大的望远镜
中国十一五期间，将投资60亿元用于十二项大科学工程 的建设，并将在贵州建造世界上最大的望远镜，它将使中国
的天文观测能力延伸到宇宙边缘，寻找第一代诞生的天体。
智利阿塔卡玛沙漠建造世界最大望远镜
显镜的分辨本领
最小分辨角 对于显微镜，孔径一 定，波长越短，分辨率 就越高，看得越细微。
1 D 1 1.22
1
孔径
波长
X射线的衍射
小 结：
1、圆孔衍射 2、光学仪器的分辨能力
作 业：
1、仔细阅读教材；
14-07圆孔衍射 光学仪器分辨率
14-7圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 142. 光学仪器的分辨本领 几何光学: 几何光学 物点 ⇒ 象 点 (经透镜 经透镜) 经透镜 波动光学： 波动光学：
S1 S2
靠近时， 当S1 S2靠近时，衍射 斑将重叠而分辨不清。 斑将重叠而分辨不清。 瑞利判据： 瑞利判据：两爱里斑的 中心距离等于爱里斑的半径 两物点恰能分辨。 时，两物点恰能分辨。
14-7圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 14-
第十四章 波动光学
美国波多黎各阿里西玻谷地的射电望远镜
最小分辨角 θ 0 = 1 . 22
14-7圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 14-
第十四章 波动光学
哈勃太空望远镜
哈勃太空望远镜拍摄的照片
1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜 年发射的哈勃 哈勃太空望远镜的凹面物镜 " 的直径为2.4m ，最小分辨角θ0 = 0.1 ，在大气层 的直径为 最小分辨角 可观察130亿光年远的太 外 615km 高空绕地运行 , 可观察 亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个星系 . 空深处, 发现了
λ
爱里斑的直径
14-7圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 142. 光学仪器的分辨本领 几何光学: 几何光学 物点 ⇒ 象 点 (经透镜 经透镜) 经透镜 波动光学： 波动光学：物点 ⇒ 象斑
(经透镜 经透镜) 经透镜
第十四章 波动光学
S1 S2
靠近时， 当S1 S2靠近时，衍射 斑将重叠而分辨不清。 斑将重叠而分辨不清。
14-7圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 14一 圆孔衍射
第十四章 波动光学
爱里斑(集中约84%的光能) 爱里斑(集中约84%的光能) 84%的光能
D
θ
f
提高光学仪器分辨率的方法
提高光学仪器分辨率的方法
嘿，咱今儿就来聊聊怎么提高光学仪器分辨率这档子事儿！这可太重要啦，就好比你想看清楚远方的美景，那肯定得有个厉害的望远镜不是？
首先咱得说说光学系统本身。
这就好比是一辆车，各个零部件都得精良，才能跑得又快又稳。
那镜片啊，得超级光滑，不能有一点儿瑕疵，不然怎么能清晰成像呢？这就像你脸上有个痘痘，肯定会影响美观呀！所以，高质量的镜片那是关键中的关键。
还有啊，光源也不能小瞧。
你想想，要是光线都不咋地，那能拍出好照片吗？这就跟大白天和黑夜里看东西一样，差别老大了！得有稳定而又明亮的光源，才能让光学仪器发挥出最大的威力。
再来说说信号处理。
这就像是给照片做后期处理一样，得把那些不好的地方修饰修饰。
通过先进的信号处理技术，可以把图像变得更加清晰锐利，就像给一幅画加上了神奇的魔法。
另外，环境因素也很重要哦！你总不能在狂风大作、尘土飞扬的地方指望光学仪器能看得清楚吧？那不是难为它嘛！所以，给它创造一个良好的使用环境，也是提高分辨率的重要一环。
咱举个例子吧，就像一个优秀的运动员，不仅要有强壮的身体，还得有合适的训练场地和良好的教练指导，这才能在赛场上取得好成绩呀！光学仪器不也一样吗？只有各个方面都做到极致，才能让分辨率蹭蹭往上涨。
提高光学仪器分辨率可不是一件容易的事儿，但只要我们用心去钻研，去改进，就一定能做到！难道不是吗？让我们一起努力，让光学仪器变得更厉害，为我们的生活和科学研究带来更多的惊喜和便利！。
光学显微镜的分辨率限制及应对策略
光学显微镜的分辨率限制及应对策略光学显微镜是一种常用的科学仪器，被广泛应用于生物学、生物医学研究、材料科学等领域。
然而，由于光学显微镜的成像原理存在一定的物理限制，其分辨率在观察微观结构时受到一定的限制。
本文将重点讨论光学显微镜的分辨率限制及一些应对策略。
光学显微镜的分辨率限制主要受到两个因素的影响：衍射和散射。
根据衍射现象，当光线通过孔径较小的物体时，会出现衍射现象，从而导致图像的模糊。
而散射现象则是指光线在物体表面受到散射，导致图像的失真和模糊。
衍射限制是光学显微镜分辨率的主要限制因素之一。
根据衍射理论，光束通过一个小孔或孔径较小的透镜时，会在其后产生一系列的衍射光斑。
这种现象被称为Airy斑。
Airy斑的大小和形状取决于光束的波长和通过的孔径大小。
根据Rayleigh的判据，当两个图像中的极小值相距在一个Airy斑的半径之内时，这两个图像无法被分辨出来。
因此，光学显微镜的分辨率将受到波长和孔径的限制。
除了衍射限制外，散射也是光学显微镜的另一个分辨率限制因素。
当光线通过物体表面时，会与物体表面的颗粒、纹理等发生散射，导致光的传播方向发生改变，进而影响图像的清晰度和分辨率。
例如，对于生物样品中的细胞，细胞内的细小结构会造成光的散射，从而影响光学显微镜观察的细胞结构的清晰度。
针对光学显微镜的分辨率限制，科研人员提出了一系列的应对策略。
其中，超分辨显微镜技术是目前研究最为活跃和前沿的方向之一。
超分辨显微镜技术通过巧妙地设计和改进光学装置，克服了传统光学显微镜在分辨率方面的限制，实现了对生物样品中更细微结构的观察。
超分辨显微镜技术包括多种技术方法，如结构光显微镜（SLM）、刺激发射调制显微镜（STED）和单分子定位显微镜（SMLM）等。
这些技术方法的共同特点是在光学显微镜原有的基础上引入了额外的工艺或装置，以提升显微镜的分辨率。
例如，SLM利用结构光的干涉原理，将一束激光通过光栅或其他装置产生结构光，进而提高显微镜的分辨率。
技术资料_光学类的相关参数
技术资料_光学类的相关参数光学类的相关参数是指与光学相关的各种物理量、性能参数和技术指标。
以下是光学类的一些常见参数：1. 折射率（Refractive Index）：指的是介质对光线折射的程度，是光线在空气与介质交界处的折射角与入射角之比。
折射率是刻画光在不同介质中传播速度和光线路径变化的重要参数，对于光的折射、反射、透射等现象的研究具有重要意义。
2. 光学透过率（Optical Transmittance）：指的是材料在光经过时所吸收的能量与入射能量之比。
透过率主要与材料的吸收、散射和反射有关，透射能力越好，透射率越高。
3. 光学反射率（Optical Reflectance）：指的是光线在物体表面的反射能力，是入射光和反射光之间的能量比。
反射率越高，物体对光的吸收越小，反射越强，反之则吸收越强。
4. 吸光度（Absorbance）：用于衡量溶液中其中一种物质在特定波长处吸光的能力的参数。
吸光度与物质的摩尔吸收系数（molar absorptivity）和溶液的浓度有关，可以用于分析化学中的分析和质谱分析。
5. 分辨率（Resolution）：在光学成像中，分辨率是指相机或光学仪器能够识别并能够显示的最小细节或最小间距。
分辨率越高，仪器能够更清晰地显示出细微的细节。
6. 光聚焦能力（Focusing Power）：指的是透镜或光学系统中将光线聚焦成一点的能力。
光聚焦能力越强，光束被聚焦成的焦点越小，聚光能力越好。
7. 光谱范围（Spectral Range）：指的是光学系统能够接收或处理的光谱范围。
不同仪器对光谱范围的要求不同，有些仪器只能处理特定波长的光。
8. 可见光波长范围（Visible Light Wavelength Range）：指的是人眼能够感知到的光的波长范围，通常为380nm-780nm。
9. 焦距（Focal Length）：指的是透镜或镜组将平行光线汇聚到像点的距离。
焦距决定了光线汇聚或发散的程度，对于成像和放大效果有重要影响。
电镜的基础知识
3.背散射（backscattered）电子
是指入射电子在样品中受到原子核的散射后被大角度反射回来 的电子，它产生于样品内部约100nm的深度。采用背散射电子所 形成影像的衬度主要取决于样品的原子序数。背散射电子衍射图 可以用来研究样品的晶体学特征.
4.特征X线（characteristic X-ray）
1mm=103um=106nm
1nm=10Å 1 Å=105fm
关于分辨率
1874年，德国的阿贝（E.Abbe）提出分辨率的 计算公式，又称之为abbe 公式。 δ=0.61λ/nsin（α/2） δ —分辨率 λ—所用光波的波长 n—光路中透镜对介质的折射率系数 α —孔径角：又称“镜口角”，是物 镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的 角度。孔径角越大，进入物镜的光通量就越大。
电子显微镜的基础知识
2012春
1.仪器的分辨率
分辨率是标志光学仪器性能的最重要衡量参数， 仪器的分辨率又称为仪器的分辨力或分辨本领。指仪器能 够分辨清楚的两个小点间的最小距离。这距离指两个质点 圆心间的最小距离。 人眼的分辨率为0.2mm，光镜的分辨率为0.2μm，电 镜的分辨率常用纳米表示（毫微米，nm ），还会用埃 （分毫微米，Å）、费米(fm)。
磁透镜不会产生电击穿，像差小，用处较多。
磁透镜
磁透镜种类：
磁场越强越集中，就越能将电子束在较短
的距离内会聚起来，这就形成短焦距透镜，又
称之为强磁透镜。
磁场越弱越分散，电子束就在较长的距离 处会聚，这就形成长焦距透镜，称之为弱磁透 镜。
5. 像差（aberrations）
实际光学系统所成的像与理想光学系统（近轴光 学，Paraxial Optics，高斯光学)所获得的结果有一 定的偏差，称像差，包括几何像差（球差、像散、畸 变）和色差像差。
波动光学第4讲圆孔夫琅禾费衍射光学仪器的分辨本领光栅衍射
轮廓线
光强分布曲线
0
4
8 sin( /d )
5.缺级现象
光栅衍射加强条件
dsink k0,1,2,3,...
单缝衍射减弱条件
asin k k1,2,3,...
这样的主极大是不存在的, 称作缺级现象
两式相除 d k a k
k d k a
所缺级次
k1,2,3,...
光强曲线
I I0
N=4
-2(/d) -(/d-)(/4d)0/4d /d
I0 I单
单
sin
2/d
理论计算 多缝干涉 和单缝衍射 共同决定的 光栅衍射 光强分布 曲线如图
-2
-
1
光栅衍射 光强曲线
-
-4
8
0
1
2 sin ( /a)
I N2I0单
N=4
主极大外形包络线
单缝衍射 d = 4a 为单缝衍射
例1：分光计作光栅实验，用波长 = 632.8 nm的激光照射光栅常数 d = 1/300 mm的光栅
上，问最多能看到几条谱线。
解：在分光计上观察 谱线，最大衍射角为 90°,
d
(ab)sin k
(ab)si9n0
kmax
o
x
fP
kma x(ab)si9 n0
◆采用波长较短的光，也可提高分辨率。
电子显微镜用 加速的电子束代替光束， 其波长约 0.1nm，用它 来观察分子结构。
电子显微镜拍摄的照片
第4节 光栅衍射
一．光栅和光栅常数
1.光栅 由大量彼此互相平行等间隔的透光（或反 射光）的缝组成的光学器件。
透射式光栅
玻璃上刻出等宽等间距的刻痕，刻痕不透光
第三节 圆孔衍射及光学仪器的分辨率
比较圆孔衍射与单缝衍射：
爱里斑的半角宽度为 单缝衍射中央明纹半角宽度为
1.22
D sin
a
（式中D为圆孔的直径，a为单缝的宽度）
两式相对比：说明二者除在反映障碍物几何形状的系数不 同以外，其在定性方面是一致的。
二、光学仪器的分辩率 几何光学 波动光学
物点
一一对应
像点
物点
一一对应 像斑
而是物镜能分辨的最小距离z：
L
物空间
像空间
B
A
z
n n
B
z
A
f
由阿贝正弦条件
nz sin nzsin
又
n 1 sin D 2
f
z
f 0
1.22f
D
可得
z 0.61 ( n sin数值孔径 )
n sin
提高光学仪器分辨率的方法
由于光学仪器的分辨率与圆孔孔径成正比，与光波波长成反比，我们可 以通过两个途径提高分辨率：
S
d =120 cm
可分辨
0
刚可分辨 0
不可分辨
0
瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果一个像斑中心恰好 落在另一像斑的边缘(第一暗纹处),则此两像被认为是刚好能分辨。 此时两像斑中心角距离为最小分辨角。
根据瑞利判据
0
1.22
D
光学仪器的分辨率为 人眼的分辨率
1 0
L. Rayleigh （1842～1919）
例 一直径为d1=2mm的氦氖激光束射向月球表面，其波长为λ=632.8 nm，已知
月球和地面的距离为
。
L 3.84105 km
求 (1)在月球上得到的光斑的直径D1有多大？ (2)如果这激光束经扩束器扩展成直径为d2=2m，则在月球表面上得到的光斑直径D1
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θ min = 1 . 22
λ
D
19.4 光学仪器的分辨本领
光学仪器分辨率 R =
1
第19章 光的衍射 19章
θ min
D = 1.22λ
∝ D,
1
λ
光学仪器的最小分辨角越小,分辨率就越高. 光学仪器的最小分辨角越小,分辨率就越高.
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
提高光学仪器分辨本领的两条基本途径: 提高光学仪器分辨本领的两条基本途径: 对望远镜, 不变, 对望远镜,λ 不变,尽量增大透镜孔径 D,以 , 提高分辨率. 提高分辨率. 一般天文望远镜的口径都很大, 一般天文望远镜的口径都很大,世界上最大的 天文望远镜在智利,直径16米 片透镜组成. 天文望远镜在智利,直径 米,由4片透镜组成. 片透镜组成 对显微镜,主要通过减小波长来提高分辨率. 对显微镜,主要通过减小波长来提高分辨率. 通过减小波长来提高分辨率 电子显微镜用加速的电子束代替光束, 电子显微镜用加速的电子束代替光束,其波长约 0.1nm,用它来观察分子结构. ,用它来观察分子结构. 荣获 1986 年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显微 镜最小分辨距离已达 0.01 ,能观察到单个原子的 , 运动图像. 运动图像.
光学仪器对点物成像,是一个有一定大小的爱里斑. 光学仪器对点物成像,是一个有一定大小的爱里斑. 一定大小的爱里斑
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
光学仪器对点物成像,是一个有一定大小的爱里斑 一定大小的爱里斑. 光学仪器对点物成像,是一个有一定大小的爱里斑. 两个物点通过透镜所成的像,就是两个爱里斑. 两个物点通过透镜所成的像,就是两个爱里斑.
δ
观察者 S
d =120 cm
解: 设人离车的距离为 S 时,恰能分辨这两盏灯. 恰能分辨这两盏灯. 由题意有 d = 120 cm
D = 5.0 m m λ = 550 nm 眼睛的最小分辨角为 δ = 1.22 λ 取 d ≈ S δ D d Dd 5.0×103 ×1.20 S≈ = = = 8.94×103 m δ 1.22λ 1.22×550×109
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
19.4 光学仪器的分辨本领
19.4 光学仪器的分辨本领
一,圆孔夫琅禾费衍射 圆孔夫琅禾费衍射 夫琅禾费来自第19章 光的衍射 19章
平行光通过圆孔经透镜会聚, 平行光通过圆孔经透镜会聚,照射在焦平面处 的屏幕上,也会形成衍射图样. 的屏幕上,也会形成衍射图样.
1
1.116
λ
R
0
0.61
sin θ
λ
R 1.619
λ
R
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
L
D
f
θ
θ
P
d
d
爱 里 斑
第一暗环所围成的中央 光斑称为爱里斑 爱里斑. 光斑称为爱里斑.
d :艾里斑直径
称为爱里斑的半角宽 爱里斑的半角宽, 第一暗环对应的衍射角 θ 称为爱里斑的半角宽,
d 2 λ θ= = 1.22 f D
经圆孔衍射后,一个点光源对应一个爱里斑. 经圆孔衍射后,一个点光源对应一个爱里斑.
19.4 光学仪器的分辨本领
二,光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形, 大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形,圆 孔的夫琅和费衍射对成象质量有直接影响. 孔的夫琅和费衍射对成象质量有直接影响. 按照波动光学的观点,透镜相当于一个圆孔, 按照波动光学的观点,透镜相当于一个圆孔, 由于衍射的存在,一个物点通过透镜所成的像,不 由于衍射的存在,一个物点通过透镜所成的像, 是一个几何点像,而是一个有一定大小的爱里斑. 是一个几何点像,而是一个有一定大小的爱里斑. 几何光学: 几何光学 波动光学: 波动光学 物点 物点 一一对应 一一对应 像点 像斑
f
d
爱 里 斑
衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环, 衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环,中央处是一个 亮圆斑. 亮圆斑. 中央明区集中了衍射光能的 83.5%
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
夫琅禾费圆孔衍射光强分布* 夫琅禾费圆孔衍射光强分布
I P / I0
圆孔衍射 光强分布
19.4 光学仪器的分辨本领
1990 年发射的哈勃 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ,最小分 的直径为 辨角 θ0 = 0.1" 在大气层 , 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 亿光年远的太 可观察 空深处, 发现了500 亿个 空深处 发现了 星系. 星系.
�
19.4 光学仪器的分辨本领
2,光学仪器的分辨本领 , 光学仪器的通光孔径 D
第19章 光的衍射 19章
(两光点刚好能分辨) 两光点刚好能分辨)
s1 * s 2*
θmin
d 2 λ θ= = 1.22 f D
d
θ min
f
2
d 2 λ = = 1.22 f D
满足瑞利判据的两物点间的距 离,就是光学仪器所能分辨的最小 距离.此时, 距离.此时,两个物点对透镜中心 所张的角,称为最小分辨角. 所张的角,称为最小分辨角. 最小分辨角
第19章 光的衍射 19章
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
例:设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm,而在 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为 , 可见光中,人眼最敏感的波长为550nm,问: 可见光中,人眼最敏感的波长为 , (1)人眼的最小分辨角有多大? )人眼的最小分辨角有多大? (2)若物体放在距人眼 )若物体放在距人眼25cm(明视距离)处,则 (明视距离) 两物点间距为多大时才能被分辨? 两物点间距为多大时才能被分辨? 解(1) min )θ
S1 S2
若两物点距离很近,对应的两个爱里斑可 若两物点距离很近, 能部分重叠而不易分辨. 能部分重叠而不易分辨. 瑞利给出恰可分辨两个物点的判据. 瑞利给出恰可分辨两个物点的判据.
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1,瑞利判据 ,
第19章 光的衍射 19章
0.8 I 0
对于两个强度相等的不相干的点光源 物点 物点) 对于两个强度相等的不相干的点光源 (物点 , 不相干的 一个点光源的衍射图样的主极大 主极大刚好和另一点光源 一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源 第一极小相 衍射图样的第一极小 重合,这时两个点光源( 衍射图样的第一极小相重合,这时两个点光源(或 物点)恰为这一光学仪器所分辨. 物点)恰为这一光学仪器所分辨.
1.22 × 5.5 × 10 7 m = 1 . 22 = 3 × 10 3 m D 4 = 2.2 × 10 rad
4
λ
(2) )
d = lθ min = 25cm × 2.2 × 10
= 0 .0055 cm = 0.055mm
19.4 光学仪器的分辨本领
第19章 光的衍射 19章
在迎面驶来的汽车上,两盏前灯相距 例:在迎面驶来的汽车上,两盏前灯相距120 cm ,设夜间 人眼瞳孔直径为5.0 mm ,入射光波为 550 nm. 人眼瞳孔直径为 . 人在离汽车多远的地方,眼睛恰能分辨这两盏灯? 求: 人在离汽车多远的地方,眼睛恰能分辨这两盏灯?