阿贝成像原理
grxlj · 2008-11-07 08:51 · 17586 次点击
阿贝成像原理(Abbeprincipleofimageformation)
它是用波动的观点讨论成像过程,认为成像是分两步完成。第一步是经物平面发生衍射,在透镜后焦面上,形成夫朗禾费的衍射图。如物是一光栅,此衍射图是一系列的衍射斑。第二步是干涉,即各衍射斑发出的球面次波在像面上相干叠加,像是相干叠加的结果。这种两步成像的原理就是阿贝成像原理。用频谱语言讲,第一步,衍射使物体中各个频率的信息按不同方向传播,最后在透镜后焦面上的不同位置会聚,所以第一步是分频作用。第二步,在像平面上相干叠加,是各种频率信息的合成。总的成像过程是一分一合。
透镜组在相干照明下的分辨原理。是1873年由E.阿贝在显微镜成像中提出来的。在相干照明下,被物体衍射的相干光(见光的干涉),只有当它被显微镜物镜收集时,才能对成像有贡献。换句话说,像平面上光场分布和像的分辨率由物镜收集多少衍射光来决定。最简单情况是考虑一个振幅透过率周期变化的物体──光栅。讨论光栅在相干平面波照明下的成像问题。相干平面波被光栅衍射后,各衍射级次平面波有各自传播方向,在物镜后焦面上产生光栅的夫琅和费衍射图样,即物镜起了变换透镜作用,后焦面就是频谱面。如图所示,…S-1,S0,S+1…表示衍射图样的各个极大值的位置。根据惠更斯-菲涅耳原理,在焦面上的这些衍射图样可以看成许多相干次波源,每个次波源的强度正比于该点的振幅。因此在像平面∑i上成像过程可以看成从这些次波源发出的光波互相干涉的结果,即所谓成像的两次衍射过程。要得到一个逼真的像,所有衍射光都必须参与成像过程,事实上由于物镜的孔径有限,高衍射级次光波(相当于物的高空间频率分量)不能被收集进物镜,因而在物镜后焦面上的空间频谱中也缺少了高频分量,这些损失了的高频分量会使像的细节失真。以光栅为例,零级衍射沿光轴传播,其他衍射级次在零级两侧以各自方向传播,假若物镜只收集零级衍射波,则像平面是均匀照明,原光栅物体的周期结构消失;假若收集了零级和两个正负一级衍射光波,这时像有与物相同的周期结构,但强度分布被拉平;假若只收集正负二级衍射光波,这时像的细节有很大失真,出现完全虚假的二倍周期结构的像。
data/attachment/portal/201111/06/0916229tuk93yx83uwtzy8.jpg参考书目
M.玻恩、E.沃耳夫著,杨葭荪等译:《光学原理》,上册,科学出版社,北京,1978。(M.BornandE.Wolf,PrinciplesofOptics,5thed.,PergamonPress,Oxford,1975.)