第四节光学成像系统的衍射和分辨本领PPT课件
合集下载
光学成像系统的衍射和分辨本领
Z 0 1.220 = 3.832 1.635 = 5.136 2.233 = 7.016 2.679 = 8.417 3.238 = 10.174 3.699 = 11.620
［2J1(Z)/Z］2 1 0
0.0175 0
0.00415 0
0.0016
光能分布 83.78％ 0 7.22％ 0 2.77％ 0 1.46％
0
1.22
D
(52)
R
>0
能 分 辨
0
1.22
D
=0
恰
1.0
能
0.81
分
辨
θ0
<0
不 能 分 辨
人眼的最小分辨角约为 1，教室中最后一排(距黑板 15m )的学生对黑板上的两条黄线(5893Å)的最小分辨距 离为多少？并估计瞳孔直径大小。
*S1
dmin
*S2
L
I
解：当两黄线恰可分辨时，两爱里斑中心到人眼张角 为最小分辨角
➢瑞利判据:两个波长的亮条纹只有当它们的合强度曲线 中央极小值低于两边极大值的81%时,才算被分开
IM
0.81IM
G F
设有Sl 和S2 两个非相干点光源，间距为，它们到直
径为D 的圆孔距离为 R，则S1和S2对圆孔的张角 为
R
L
S1
S2
D
R
S1 和 S2 将分别在观察屏上形成各自的弗朗和费衍射
图样。假设其爱里斑中心关于圆孔的张角为0
dmin L
0
1
两条线的最小距离分辨角
1 1 π
dmin
0L
60 180
15 0.00436(m)
由于 因此
0
衍射及成像原理-图文
(3) 螺旋轴： 21: (xj, yj, zj) –> (-xj, -yj, 1/2 + zj)，对于(00l)，l = 2n
(4) 滑移面： b: (xj, yj, zj) –> (-xj, 1/2+yj, -zj)，对于(hk0)，k = 2n
衍射及成像原理_图文.ppt
2. 单原子散射
与时间无关的薛定谔方程
E1、 = Ekin + V总能量。解是粒子的状态。 对于平面波（点光源的波阵面（等相位面）为球面形，距离远，近 似为平面波，V = 常数）的单原子散射，其解为： = A exp(2pik.r) ，其中 r为wavefront上的一点，k是波矢（波矢空间或倒易空间，IkI = 1/l = (2m0e(E-V)/h2 ) 1/2 = (2m0eEkin/h2 ) 1/2 ）
S – S0
k q
k0
S0
k – k0 = K
q
S (hkl)
3.5 单胞散射
单胞内所有原子散射波的总和，振幅正比于
F(q) = Sfj(q) exp[-2pi(k – k0).rj]，结构因子
k – k0 = K
k
k0
q
ra
3.6 完整晶体散射
fg＝S Fn exp[-2piK.rn]，其中Fn是第n个单胞的散射因子 ，rn ＝n1a+n2b+n3c是第n个单胞的位置，K是倒易矢量 当K.rn＝m时产生衍射，即K 为倒易点阵结点位置 = g = h a* + k b* + l c*
同理，三维情形：
a (cos a – cosa0) = h.l, 等效于： a (H2A1 – A2H1) = h.l
= a (S – S0)，S、S0为单位矢量。 LAUE方程
(4) 滑移面： b: (xj, yj, zj) –> (-xj, 1/2+yj, -zj)，对于(hk0)，k = 2n
衍射及成像原理_图文.ppt
2. 单原子散射
与时间无关的薛定谔方程
E1、 = Ekin + V总能量。解是粒子的状态。 对于平面波（点光源的波阵面（等相位面）为球面形，距离远，近 似为平面波，V = 常数）的单原子散射，其解为： = A exp(2pik.r) ，其中 r为wavefront上的一点，k是波矢（波矢空间或倒易空间，IkI = 1/l = (2m0e(E-V)/h2 ) 1/2 = (2m0eEkin/h2 ) 1/2 ）
S – S0
k q
k0
S0
k – k0 = K
q
S (hkl)
3.5 单胞散射
单胞内所有原子散射波的总和，振幅正比于
F(q) = Sfj(q) exp[-2pi(k – k0).rj]，结构因子
k – k0 = K
k
k0
q
ra
3.6 完整晶体散射
fg＝S Fn exp[-2piK.rn]，其中Fn是第n个单胞的散射因子 ，rn ＝n1a+n2b+n3c是第n个单胞的位置，K是倒易矢量 当K.rn＝m时产生衍射，即K 为倒易点阵结点位置 = g = h a* + k b* + l c*
同理，三维情形：
a (cos a – cosa0) = h.l, 等效于： a (H2A1 – A2H1) = h.l
= a (S – S0)，S、S0为单位矢量。 LAUE方程
光的衍射课件PPT课件课件
垂直
C.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关 D.衍射条纹的间距与光的波【长A有CD关】
第14页，此课件共38页哦
练习3：观察实验回答下列问题
1.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧
靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处
的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝
都要平行于狭缝),可以看到
A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹
5 、关于衍射下列说法正确的是
ABD
A．衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的叠加
的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
D．一切波都可以产生衍射
第33页，此课件共38页哦
6 、用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直
径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依
关于光的衍射课件PPT课件
第1页，此课件共38页哦
复习提问
问题1.什么是波的衍射现象？
问题2.发生明显衍பைடு நூலகம்的条件是什么？
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
第2页，此课件共38页哦
光的衍射
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的 另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象 呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们 没有观察到光的衍射现象呢？
中央亮纹越宽
第10页，此课件共38页哦
光的衍射
一、单缝衍射
1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 2
1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．
2)单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大
3)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，
且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
C.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关 D.衍射条纹的间距与光的波【长A有CD关】
第14页，此课件共38页哦
练习3：观察实验回答下列问题
1.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧
靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处
的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝
都要平行于狭缝),可以看到
A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹
5 、关于衍射下列说法正确的是
ABD
A．衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的叠加
的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
D．一切波都可以产生衍射
第33页，此课件共38页哦
6 、用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直
径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依
关于光的衍射课件PPT课件
第1页，此课件共38页哦
复习提问
问题1.什么是波的衍射现象？
问题2.发生明显衍பைடு நூலகம்的条件是什么？
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
第2页，此课件共38页哦
光的衍射
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的 另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象 呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们 没有观察到光的衍射现象呢？
中央亮纹越宽
第10页，此课件共38页哦
光的衍射
一、单缝衍射
1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 2
1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．
2)单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大
3)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，
且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
物理光学课件：3_4光学成像系统的衍射和分辨本领
D
显微物镜
S1 u
0
S2
0.61 数值孔径 nsin u NA n sin u
S’2
u’
S’1
l
增大分辨率的方法：减小物距（减小物镜焦距）、增 大 n、减小波长。
电子显微镜可见区
光学显微镜可见区
近场光学显微镜可见区
纳米科 学
举例
0
1.22
D
在正常照明下，人眼瞳孔直径约为3mm，对于最
小刻度为毫米mm的尺子，离眼睛的距离不能超过
点光源距 离较大 可分辨
符合 瑞利 判据
点光源距 离太小
不可分辨
透镜的分辩本领 ( 经透镜 )
几何光学： 物点(集合) 象(点集合)
( 经透镜 )
波动光学 ： 物点 象斑
物点(集合) 象斑 (集合)
衍射限制了透镜的分辨能力。
二、几种常见的光学系统的分辨本领
（1）望远镜的分辨本领
点物对望远镜的张角：
§3－4 光学成像系统的衍射和分辨本领
一、像面上的夫琅和费衍射
L1
D L2
S
S’
夫琅和费
衍像
S’
系统
R
公式推导：
E x, y exp(ikR)
i R
E ( x1 ,
y1 )
exp
ik 2R
( x
x1 ) 2
(
y
y1 ) 2
dx1dy1
E ( x1 ,
y1 )
（2）照像物镜的分辨本领
感光底片上的最小分辨像距：
＝f 0 1.22 f D (mm)
感光底片上单位长度（mm）能分辨像点数：
N1 D
mm1
1.22 f
第四节光学成像系统的衍射和分辨本领
将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工，主要基于量子 力学中的隧道效应。
采用直径为纳米级的金属探针作为电极，在真空中用 压电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面距离（1～ 10nm），在探针和工件间加上较低的电压，会产生近场穿 透的隧道电流，同时使探针相对于工件表面做微位移扫描， 可观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在表面 的行为。
'
f0
1.22 f
D
照相物镜的分辨率以像面上每毫米能分辨的直线数N来表示
N1 1 D
' 1.22 f
D / f 是物镜的相对孔径，相对孔径越大，分辨率越高
3、显微镜的分辨率
艾里斑的半径为
r0
l '0
1.22
l '
D
l ' 是像距，D是物镜直径
如果两个衍射图样的中心之间的距离 ' r0
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。对透镜中心所张的角θ0称为最小分辨角。
0
1.22
D
最小分辨角的倒数称为仪器的分辨本领
1 a D
0 0.61 1.22
分辨本领与D成正比，与波长成反比：D大，分辨本 领大；波长小，分辨本领大
1、望远镜的分辨率
用于对远处物体成像。设望远镜物镜的圆形通光孔径 的直径D，它对远处点物所成的像的艾里斑角半径为
物理光学 象点不再是几何点，而是具有一定大小的艾里斑。
点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象 不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。
S
O
L
S’
S
O
L
S’
当两个物点距离足够小时， 就有能否分辨的问题。
采用直径为纳米级的金属探针作为电极，在真空中用 压电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面距离（1～ 10nm），在探针和工件间加上较低的电压，会产生近场穿 透的隧道电流，同时使探针相对于工件表面做微位移扫描， 可观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在表面 的行为。
'
f0
1.22 f
D
照相物镜的分辨率以像面上每毫米能分辨的直线数N来表示
N1 1 D
' 1.22 f
D / f 是物镜的相对孔径，相对孔径越大，分辨率越高
3、显微镜的分辨率
艾里斑的半径为
r0
l '0
1.22
l '
D
l ' 是像距，D是物镜直径
如果两个衍射图样的中心之间的距离 ' r0
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。对透镜中心所张的角θ0称为最小分辨角。
0
1.22
D
最小分辨角的倒数称为仪器的分辨本领
1 a D
0 0.61 1.22
分辨本领与D成正比，与波长成反比：D大，分辨本 领大；波长小，分辨本领大
1、望远镜的分辨率
用于对远处物体成像。设望远镜物镜的圆形通光孔径 的直径D，它对远处点物所成的像的艾里斑角半径为
物理光学 象点不再是几何点，而是具有一定大小的艾里斑。
点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象 不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。
S
O
L
S’
S
O
L
S’
当两个物点距离足够小时， 就有能否分辨的问题。
光的衍射ppt课件完整版
详细阐述了光的衍射现象，包括衍射的定义、产 生条件、分类等，并通过公式和图示深入解释了 衍射的原理。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
光的衍射ppt课件完整版
目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或 小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
光的衍射ppt课件完整版
目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或 小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
衍射ppt课件
2K
2 (2K
1)
2
（UB~(） )积 分 K法f ：( )求U~(rQI单) e(ik)r
Q1
r d
n
P
衍射实质—无数子波旳相干叠加
2. 数学表达
设：波面有：d 1 ， d 2 d i 个面元
面上次波源 : 它们在P点振动 :
du~（1 p），du~（2 p）du~（i p）
P点的合振动：u~合( p) du~1 du~2 du~i
1
P点的合振动：U合 ( p) dU (P)
b b 2
k 1
S
b
O
P
(4)用惠--菲原理分析每个带旳Ai(P0):
u~( p0 )
Kf
(
)u~
(Q
i
)e
p
d
r
分析:
Ak (P0 ) u~(Q) （对各带是常量）
f ( ) 不同带f ( )不同, k , , f ( )
d 对各带是常量 r
d
R
球冠面积 i 2 R2 (1 cos )
2
P
0
1
U~( p )
Kf
(
)u~0( Q
)
e ikr rp
d
其中K i 1
1.3 衍射巴俾涅原理—
互补屏（a）（b）如下：
+
=
自由空间
透光部分 a b 0
衍射场 U~a ( p) U~b ( p) U~0 ( p)
一种屏旳衍射场+互补屏旳衍射场=自由屏衍射场
结论：一对互补屏旳衍射场旳复振幅之和=自由场复振幅
LAB
a
sin
(
2K
[课件]第四章衍射1PPT
![[课件]第四章衍射1PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/609520e56137ee06eff918b8.png)
4）次波在p点的相位由光程＝nr决定，即：
2
2、原理的表述： 波前上的每个面元都可以看成次波源，它们 向四周发射次波；波场中任一场点的扰动都是所 有次波源所贡献的次级扰动的相干叠加。 3、惠更斯—菲涅耳原理的数学表示：
~ ~ U ( P ) d U ( P )
( )
~ d U (P ) ???
A n 1 n 若n足够大，An-1与An相差很小 A A n 2 2
讨论:
1 ( n 1 ) A ( P ) [ A ( 1 ) A ] 0 1 n 2
(1) 自由传播：整个波前裸露，最后一个半波带 1 上 f( , 从而 于是 A 0 ) 0 A (P (P n k 0) A 0) 2 即：自由传播时整个波前P0产生的振幅是第一 个半波带的效果的一半。 （2）圆孔衍射： n 1 时， A (P)A ，Po点处是亮点
n ~ ~ i 1 U ( P ) U ( P ) ( A A A A ) e 0 k 0 1 2 3 4 k 1
~ ( n 1 ) A ( P ) U ( P ) A A A ( 1 )A 则： 0 0 1 2 3 n
由菲涅耳假设可知：
~ 1） d U ( P ) d
1 ikr ~ d U(P ) e 3） r ~ d U ( P ) F ( ) 4）
面元（次波源）上Q点的复振幅， 取其等于从波源自由传播到Q时的 复振幅
~ ~ 2） d U ( P ) U ( Q ) 0
则：
ikr e ~ ~ U ( P ) K F ( ) U ( Q ) dS 0 r ( ) ？？
光学成像系统的衍射和分辨本领
K
？？
E0 ( x1, y1 )
E ( x1, y1 )
衍射 空间
E ( x, y )
衍射 屏
接 收 幕 屏
4、星点检验装置：检验透镜的成像质量
1）系统结构 2）检测判据 被测透镜
显微镜 P’0 S’
聚光镜
星点 （针孔） PS 0
L1
L2
S
R
第四节 光学成像系统的衍射和分辨本领 Diffraction and resolving power of an optical system
二、在像面观察的夫琅和费衍射 三、成像系统的分辨率 1.用衍射理论分析光学系统的构成与作用；
2.光学系统成像关系可看成了是夫琅和费衍射关系， 像面上（R）夫琅和费衍射场的分布计算公式；
3.远、近点物通过光学系统，在像平面上，都看成 是夫琅和夫圆孔衍射图样。
第四节 光学成像系统的衍射和分辨本领 Diffraction and resolving power of an optical system
S2
S1
l
'
'
S1‘
'
S2’
第四节 光学成像系统的衍射和分辨本领 Diffraction and resolving power of an optical system
一、回顾与引出
二、在像面观察的夫琅和费衍射 三、成像系统的分辨率 1. 成像系统分辨率的意义；
2.常用的3种光学系统的分辨本领分别如何定义、
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 0 2 4 6 8 10 12
S1 S2
0
L
1.5
衍射-2
y1 d
11
P y
2、强度计算：
~ E ( x, y ) = C
∫∫
+∞
−∞
x ~ y E ( x1 , y1 ) exp − ik x1 f ′ + y1 f ′ dx1dy1
~ E ( y) = C =C
∫ ∫
∞
−∞
~ E ( y1 ) exp(−ikmy1 )dy1 +C
sin α 2 sin( Nδ / 2) 2 ~~ I = EE * = I（ ） ⋅[ ] 0 α sin (δ / 2 )
（1）干涉因子的影响 1）主极大值条件： 2π δ = d sin θ＝2 m π ＝2 λ 当 或 d sin θ＝ m λ
时
sin( Nδ / 2) 2 [ ] → N2 sin (δ / 2 )
xy
R
S´
在S 点，x = y = 0, 得到
'
x12 + y12 r = R+ 2R
1
根据菲涅耳近似，在像面上的复振幅分布：
~ exp(ikR ) E ( x, y ) = iλ R
∫∫
Σ
~ ik E (x1 , y1 ) exp{ [( x − x1 ) 2 + ( y − y1 ) 2 ]}dx1dy1 2R
3
点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成 的象不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。
爱里斑 s1
△θ D
* s2*
爱里斑的角半径∆θ ∆θ= ∆ω
两光源的视角差∆ω 是临界状态，两象点刚能分辨
4
瑞利判据
当一个象点的衍射光 斑主极大和另一个像 点的衍射的第一极小 值重合时，两个像点 刚好被分开。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
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0.01Å，能观察到单个原子的运动图像。
将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工，主要基于量子 力学中的隧道效应。
13
采用直径为纳米级的金属探针作为电极，在真空中用压 电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面距离（1～ 10nm），在探针和工件间加上较低的电压，会产生近场 穿透的隧道电流，同时使探针相对于工件表面做微位移扫 描，可观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在 表面的行为。
0
1.22
D
最小分辨角的倒数称为仪器的分辨本领
1a
D
0 0.61 1.22
分辨本领与D成正比，与波长成反比：D大，分辨 本领大；波长小，分辨本领大
7
1、望远镜的分辨率
用于对远处物体成像。设望远镜物镜的圆形通光孔径 的直径D，它对远处点物所成的像的艾里斑角半径为
0
1.22
D
如果两点物恰为望远镜所分辨，根据瑞利判据，两点 物对望远镜的张角为
第四节 光学成像系统的衍射和分辨本领
一、在像面观察的夫琅和费衍射 成像系统对无穷远处的点物在焦面上所成的像 是夫琅和费衍射像。 成像系统对近处点物在像面上所成的像是夫琅 和费衍射像。
成像系统对点物在它的像面上所成的像是夫琅 和费衍射像。
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
点击此处输入 相关文本内容
21
最后、感谢您的到来
· 讲师： XXXX
· 时间：202X.XX.XX
22
S
O
L
S’
当两个物点距离足够小时， 就有能否分辨的问题。
点物S和S1在透镜的焦平 面上呈现两个艾里斑， 屏上总光强为两衍射光 斑的非相干迭加。
S1
S
O
L
S1
S
O
f1 A f2
S’ S1’
S’ 4 S1’
2、瑞利判据
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的艾里斑中心恰好 与另一个点物S2的艾里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰 可分辨两物点。
适当提高并控制电压可在针尖对应的工件表面微小区域 中产生纳米级的结构变化，实现单个原子和分子的搬迁、 去除、增添和原子排列重组，实现极限的精加工。
14
1990年，美国圣荷塞IBM阿尔马登研究所D.M.Eigler等 人在超真空环境中，用35个Xe原子排成IBM三个字母， 每个字母高5nm，Xe原子间的最短距离为1nm，如图1所 示。
18
4、人眼的分辨本领
设人眼瞳孔直径为D，可把人眼看成凸透镜，焦距只有20毫 米，其成象为夫琅和费衍射的图样。
2 y
1
n=1 L
n'=1.336
'
1'
2'
19
Q&A
人人思考，大声说出
20
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极 的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们
课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边
0
1.22
D
此为望远镜的分辨率公式。D越大，分辨率越高。 8
2、照相物镜的分辨率
一般用于对较远的物体成像，并且所成的像由感光底片记录， 底片的位置与照相物镜的焦面大致重合。
若照相物镜的孔径为D，它能分辨的最靠近的两直线在感光 底片上的距离为
'
f0
1.22f
D
照相物镜的分辨率以像面上每毫米能分辨的直线数N来表示
N1'
1
1.22
D f
D / f 是物镜的相对孔径，相对孔径越大，分辨率越高
9
3、显微镜的分辨率
艾里斑的半径为
r0
l'0
l'
1.22 D
l ' 是像距，D是物镜直径
如果两个衍射图样的中心之间的距离 ' r0
按照瑞利判据，两衍射图样刚好可以分辨，两点物
之间的距离 就是物镜的最小分辨距离。
10
显微镜物镜的成像满足阿贝正弦条件
S1
S2
可分辨
100%
S1
75%
S2
恰可分辨
S1
S2
不可分辨
5
一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一个点物衍射图样的第 一极小重合，作为光学成像系统的分辨极限，认为此时系统恰 好可以分辨开两个点物。称此分辨标准为瑞利判据。
6
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。对透镜中心所张的角θ0称为最小分辨角。
nsiunn''siun '
n、n’为物方和像方折射率。对显微镜，n’=1，
sinu'
u'
D 2l'
0.61
nsinu
11
0.61
nsinu
nsinu 物镜的数值孔径，通常以NA表示
提高显微镜分辨率的途径： 增大物镜的数值孔径；减小波长（用短波长的光照明）。 增大物镜的数值孔径有两种方法：减小物镜的焦距，使 孔径角增大；用油浸物镜以增大物方折射率。
15
1992年又成功移动了吸附在Pt表面上的CO原子，1993年成 功移动48颗Fe原子排列成圆形，实现原子操纵技术，如图2所 示。
16
科学家把碳60分子学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨 表面通过搬迁碳原子而绘制出世界上最小的中国地图。
02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
03
2
二、 成像系统的分辨率
1、物与像的关系
点物S L
几何光学 物像一一对应，象点是几 象S’ 何点
物理光学 象点不再是几何点，而是具有一定大小的艾里斑。
点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象 不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。
3
S
O
L
S’
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0.01Å，能观察到单个原子的运动图像。
将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工，主要基于量子 力学中的隧道效应。
13
采用直径为纳米级的金属探针作为电极，在真空中用压 电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面距离（1～ 10nm），在探针和工件间加上较低的电压，会产生近场 穿透的隧道电流，同时使探针相对于工件表面做微位移扫 描，可观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在 表面的行为。
0
1.22
D
最小分辨角的倒数称为仪器的分辨本领
1a
D
0 0.61 1.22
分辨本领与D成正比，与波长成反比：D大，分辨 本领大；波长小，分辨本领大
7
1、望远镜的分辨率
用于对远处物体成像。设望远镜物镜的圆形通光孔径 的直径D，它对远处点物所成的像的艾里斑角半径为
0
1.22
D
如果两点物恰为望远镜所分辨，根据瑞利判据，两点 物对望远镜的张角为
第四节 光学成像系统的衍射和分辨本领
一、在像面观察的夫琅和费衍射 成像系统对无穷远处的点物在焦面上所成的像 是夫琅和费衍射像。 成像系统对近处点物在像面上所成的像是夫琅 和费衍射像。
成像系统对点物在它的像面上所成的像是夫琅 和费衍射像。
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
点击此处输入 相关文本内容
21
最后、感谢您的到来
· 讲师： XXXX
· 时间：202X.XX.XX
22
S
O
L
S’
当两个物点距离足够小时， 就有能否分辨的问题。
点物S和S1在透镜的焦平 面上呈现两个艾里斑， 屏上总光强为两衍射光 斑的非相干迭加。
S1
S
O
L
S1
S
O
f1 A f2
S’ S1’
S’ 4 S1’
2、瑞利判据
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的艾里斑中心恰好 与另一个点物S2的艾里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰 可分辨两物点。
适当提高并控制电压可在针尖对应的工件表面微小区域 中产生纳米级的结构变化，实现单个原子和分子的搬迁、 去除、增添和原子排列重组，实现极限的精加工。
14
1990年，美国圣荷塞IBM阿尔马登研究所D.M.Eigler等 人在超真空环境中，用35个Xe原子排成IBM三个字母， 每个字母高5nm，Xe原子间的最短距离为1nm，如图1所 示。
18
4、人眼的分辨本领
设人眼瞳孔直径为D，可把人眼看成凸透镜，焦距只有20毫 米，其成象为夫琅和费衍射的图样。
2 y
1
n=1 L
n'=1.336
'
1'
2'
19
Q&A
人人思考，大声说出
20
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极 的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们
课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边
0
1.22
D
此为望远镜的分辨率公式。D越大，分辨率越高。 8
2、照相物镜的分辨率
一般用于对较远的物体成像，并且所成的像由感光底片记录， 底片的位置与照相物镜的焦面大致重合。
若照相物镜的孔径为D，它能分辨的最靠近的两直线在感光 底片上的距离为
'
f0
1.22f
D
照相物镜的分辨率以像面上每毫米能分辨的直线数N来表示
N1'
1
1.22
D f
D / f 是物镜的相对孔径，相对孔径越大，分辨率越高
9
3、显微镜的分辨率
艾里斑的半径为
r0
l'0
l'
1.22 D
l ' 是像距，D是物镜直径
如果两个衍射图样的中心之间的距离 ' r0
按照瑞利判据，两衍射图样刚好可以分辨，两点物
之间的距离 就是物镜的最小分辨距离。
10
显微镜物镜的成像满足阿贝正弦条件
S1
S2
可分辨
100%
S1
75%
S2
恰可分辨
S1
S2
不可分辨
5
一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一个点物衍射图样的第 一极小重合，作为光学成像系统的分辨极限，认为此时系统恰 好可以分辨开两个点物。称此分辨标准为瑞利判据。
6
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。对透镜中心所张的角θ0称为最小分辨角。
nsiunn''siun '
n、n’为物方和像方折射率。对显微镜，n’=1，
sinu'
u'
D 2l'
0.61
nsinu
11
0.61
nsinu
nsinu 物镜的数值孔径，通常以NA表示
提高显微镜分辨率的途径： 增大物镜的数值孔径；减小波长（用短波长的光照明）。 增大物镜的数值孔径有两种方法：减小物镜的焦距，使 孔径角增大；用油浸物镜以增大物方折射率。
15
1992年又成功移动了吸附在Pt表面上的CO原子，1993年成 功移动48颗Fe原子排列成圆形，实现原子操纵技术，如图2所 示。
16
科学家把碳60分子学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨 表面通过搬迁碳原子而绘制出世界上最小的中国地图。
02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
03
2
二、 成像系统的分辨率
1、物与像的关系
点物S L
几何光学 物像一一对应，象点是几 象S’ 何点
物理光学 象点不再是几何点，而是具有一定大小的艾里斑。
点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象 不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。
3
S
O
L
S’