光学-光学仪器的基本原理.ppt

* * * * * * * * 注意：复色光照在某种表面由于反射或吸收率对波长具有选择性，同种复色光在不同表面的反射得到的视觉效果是不同的。 2. 透镜的色差 透明介质折射率与入射波长相关 位置色差 放大率色差 单个透镜无法消除色差,用凹透镜与凸 透镜粘和起来，其系统主面与透镜重合 可消放大率色差 要完全消除色差,必须使透镜系统的焦距相等、焦点重合 §4-11 助视仪器的分辨本领 一、分辨本领 几何光学观点：对无像差系统，由于物像共轭性，每一个物点都能成一个清晰的像点，即：物面上任何微小的细节都能在像面上清晰反映出来； 波动光学观点：光束总会受到系统的有限大小的有效光阑的限制，像点应是物点的衍射花样。所以，在像面上清晰地反映物面的细节是不可能的。 ∴ 物点所成像点就是衍射图样中的中央条纹或爱里斑。 光斑重叠部分的光强度将是两衍射光斑各自光强度的简单相加 （非相干叠加），如下图示： 设：有两个发光强度相等的独立发光点，经无像差系统成像。 当两发光点较远时，像面上两像点（即爱里斑）可清晰区分； 随着距离的缩小，两像点（即爱里斑）将逐惭发生重叠。 ● ● ● ● ● ● 74% 清晰分辨 刚好能分辨 不能分辨 两物点距离变小 1、瑞利据判： 像面上的合成照度曲线中央下凹部分的数值不超过两像点各自强度曲线最大值的74%时，为可分辨状态。 通过计算发现：当两衍射光斑中，一光斑中央最大值的位置恰与另一光斑第一最小值的位置重合时，所形成的合照度曲线中央下凹部分数值恰为瑞利判据的极限值（74%）。 2、分辨极限角： 刚好能分辨时，两像点（即两衍射斑中心）对出瞳的夹角或两物点对入瞳的夹角为夫琅和费圆孔衍射中中央亮斑的角半径： 3、分辨本领： 分辨极限角的倒数，称为分辨本领： 4、讨论： 分辨极限也可用像面或物面上的刚能分辨的两点间的最小线距离来表示。 二、人眼的分辨本领 眼睛的瞳孔既是有效光阑，也是入瞳，直径在2～8 ㎜可调。 取：R ≈1㎜，以? = 550nm（黄绿光）进行计算， 可得 像面上两点距离为： 意义：描述人的眼睛分辨非常靠近的两个物点的能力。 此时，明视距离处的物面上两点距离（分辨极限）为： 三 望远镜的分辨本领 远处的物体，如遥远的星体，在望远镜的后焦面上成像。 由于孔径光阑的限制，在后焦面上，像点成为Airy斑； 当两个物点靠近时，形成的两个Airy斑交叠，可能分辨不开 ； 两物点间距变小 不同物点间距的衍射像强度 Rayleigh 判据：当两个像靠近到使得一个Airy斑的主极大和第二个Airy斑的极小重合时，刚刚能分辨。进一步靠近，两个像不能分辩。 两星可分辨的最小角距离： D D λ时 焦平面上两星像的最小可分辨间距： 分辨本领(Resolving Power) : 或 四 显微镜的分辨本领 望远镜对远处物体成像，用对物体的角分辨率表征； 而显微镜是对近距离的微小物体成像，所以考虑的是对物体的线分辨率。 显微镜的分辨本领 按Rayleigh判据，可分辨的最小像点间距： 显微镜设计应满足Abbe正弦条件： 通常显微镜的像方为空气 可分辨的最小物的大小 其中 ---数值孔径(Number Aperture) 增加显微镜分辨本领的途径： 增加 N.A 通常N.A 2.0，油浸显微镜的N.A可达 1.5 减小波长λ 由于衍射的限制，显微镜的放大率太高无意义，光学显微镜的放大率 500 电子的波长 ~ 10-6光波长 电子显微镜的放大率可达百万倍 §4-12 分光仪器的分辨本领 棱镜光谱仪 光栅光谱仪 一．棱镜光谱仪（Prism spectrometer） 几何光学的观点 棱镜的色散特性可用角色散率D来表示 角色散率的大小与棱镜材料的折射率随波长的 最小偏向角附近的角色散率为 改变率 有关，则 现在计算上式中的 ，由第三章可知： 式中A为棱镜的折射棱角， 即 ， 故 单纯从几何光学的观点来看，只要光源足 波长相差的两谱线间的角距离为 够细，每一条谱线也可以十分细，只要谱线彼 此不相重合，就可以分辨得出，即谱线的分辨 极限可以是无限小。 物理光学观点 由于通过棱镜的光束是限制在一定的宽度 b=CD 以内的，几何像仅在中央亮区内的最大 位置，由于b相当大, 故这个亮区范围相当窄； 它们的半角宽度为 瑞利判据 两条谱线间的 恰好等于半角宽度 即 根据色分辨本领的定义计算： 式中 为棱镜底面的宽度。 结