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光学显微镜的分辨率极限有多大

2019.12.17

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天纵检测(SKYLABS)在之前的《我们是否可使用光学显微镜观测到原子了?》文章中其实谈到了我们是无法使用光学显微镜观察到原子级别的物体的。今天在本期中,再给您介绍一下光学显微镜的分辨率极限到底是多少?

其实光学显微镜的分辨率极限问题在1873年就被德国物理学家阿贝所解答了。阿贝通过计算推导发现了光学显微镜分辨率的极限公式,这个公式所计算出的极限也被叫做阿贝极限。

光学显微镜所用的目镜和物镜其实就是凸透镜,光线透过凸透镜就会产生艾里斑,我们通过显微镜所看到的一个点,其实就是一个光斑。如果需要观察的两个点离得比较远,我们还能分辨得出。但是如果这两个点离得非常非常的近,近到它们所产生的两个艾里斑重叠在了一起,则我们就分不清这是否是两个点了,而我们只能看到模糊的一团。所以艾里斑的尺寸其实决定了显微镜的分辨极限。由于篇幅有限,天纵君这里抛开了推导过程,给出了一个光学显微镜分辨率的公式,如下:

δ=0.61λ/(nSinα)

δ:分辨率 λ:波长 n:折射率 α:孔径角

这个公式再经过简单换算后其约等于1/2个λ,也就是说二分之一个波长其实就是光学显微镜分辨的极限了,后人定义它为“阿贝极限”。

在可见光中波长最短的紫光的波长大约是400纳米,阿贝极限也就是大约200纳米。这就是说,如果两个点的距离达到200纳米以下则用光学显微镜就分辨不出这两个点了,这也就是光学显微镜的分辨率极限了。


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