奧林巴斯顯微鏡，光的衍射原理

 我們認為經典的光一如既往行駛在直線的，但是當光波經過近一個障礙，他們往往會彎曲周圍的屏障，成為傳播出去。 當光波經過的一個角落里，或通過開口或縫隙，它是物理上的近似大小，或者比光的波長更小的光發生衍射。

衍射的一個非常簡單的演示可以牽著你的手在光源的前方，慢慢地關閉兩個手指同時觀察它們之間傳輸的光進行。 當手指接近對方，并提出非常接近，你開始看到一系列平行于手指暗線。 平行線實際上是衍射圖案。當燈是“彎曲”周圍的顆粒是大小為光的波長相同的順序上，也可能發生這種現象。 這方面的一個很好的例子是陽光被云層，我們經常提及的一線希望 ，如圖1所示，與一個美麗的夕陽在大海的衍射。

我們經常可以觀察到藍色，粉紅色，紫色和綠色在生成時，光線從水滴在云衍射云柔和的色調。 衍射的量依賴于光的波長，具有更短的波長被衍射以比長的更大的角度（實際上，藍色和紫色光被衍射以較高的角度比紅光）。 由于光波穿越大氣遇到水的液滴，如下圖所示，首先折射的水：空中接口，那么它會反映為它再次遇到界面。 光束，還是行駛在水滴內，再次折射，因為它射到界面為三分之一時間。 這與*后一個界面相互作用折射的光返回到大氣中，但它也衍射如下所示的光的一部分。 此衍射元件導致這種現象稱為切利尼的光環 （又稱Heiligenschein影響 ），其中光的亮環圍繞著觀察者的頭部的陰影。

條款衍射和散射往往可互換使用，且被認為是幾乎同義的。 衍射描述的光散射一個專門情況，其中一個對象與有規律重復的功能（例如衍射光柵）產生光的衍射圖案的有序衍射。 在現實世界中*對象是非常復雜的形狀，并應考慮的許多個別衍射特征可以共同產生一個隨機散射光組成。

其中一個經典的和*基本的概念，涉及衍射是單縫衍射光學實驗，首先在十九世紀初進行。 當光波傳播通過的狹縫（或孔），結果將依賴于相對于入射光束的波長的孔的物理尺寸。 這一點在圖3假設從點源S，類似于將由一個產生光發射的相干的，單色波激光 ，穿過孔徑d，而衍射，與主入射光束著陸在點P與*在點 Q存在的次*大值。

如該圖所示的左側，在波長（λ）比孔寬度（d）小得多，波簡單地向前行進在一條直線上，就如同將好像它是一個粒子或無孔被目前。 然而，當波長大于所述孔的大小，我們遇到根據等式的光的衍射：

其中θ是入射中央傳播方向和**小的衍射圖案之間的夾角。 該實驗產生是由二次*大值在兩側明亮的中央*大值，每個成功的次極大減少從中心的距離增加強度。 圖4說明了光束強度與衍射半徑的情節了這一點。注意，次*大值之間發生的*小值位于π的整數倍。

這個實驗*早是由奧古斯丁菲涅爾誰，以及托馬斯·楊，產生了重要的證據證實了光的傳播的波解釋。 從上面的圖中，我們看到一個相干的，單色的光（在本例中， 激光照明）從點 L發射的光被孔徑e衍射。 菲涅爾假設*階*大值在點Q（定義為_εQ）的振幅會由下式給出：

其中A是入射波的振幅，r是d和q之間的距離，和f（χ）為χ的函數，由菲涅耳引入傾斜因子。

光的衍射限制任何光學儀器的分辨能力起著至關重要的作用（例如：相機，望遠鏡，望遠鏡，顯微鏡，和眼睛）。 分辨能力是光學儀器的生產，兩個相鄰點獨立的圖像的能力。 這通常是通過在儀器上的透鏡和反射鏡的質量和周圍介質（通常是空氣）的性質決定的。 光的波動性強制極限所有光學儀器的分辨能力。

我們的衍射的討論已經使用了一個縫隙，通過它的光被衍射光圈。 然而，所有的光學儀器有圓孔，例如眼或顯微鏡的圓形光圈和鏡頭的瞳孔。 圓形的孔產生的衍射圖案類似上述的那些，除了圖案自然呈現圓形對稱。的衍射圖案由一個圓孔徑產生的數學分析中描述的公式：

其中，θ（1）是一階衍射*小值（*暗環）的角位置，λ是入射光的波長，d是孔的直徑，并且1.22為常數。 在大多數情況下，角度θ（1）非常小，所以近似，角度的sin和棕褐色幾乎是相等的收益率：

從這些方程中很明顯的，在中央的*大成正比λ/ D使這個*大更加散開為較長的波長和更小的孔。 衍射的二次mimina設置限制，以在光學顯微鏡的物鏡的放大率有用，由于光通過這些鏡頭固有衍射。 不管如何完善該透鏡可以是由透鏡產生的光的點光源的圖像是伴隨著二次和更高階的*大值。 這可以僅消除該鏡片是否有一個無限的直徑。 分開的距離小于θ兩個對象（1）不能得到解決，無論多么高放大倍率的動力。 雖然這些方程，推導出用于從孔徑光無限遠處的點光源的像，這是當d被代入物鏡的直徑的顯微鏡的分辨能力的合理近似。

因此，如果兩個對象駐留在一個距離 D相互分開，并在從觀察者的距離為L時，它們之間的角度（以弧度表示）為：

這使我們能夠凝結的*后兩個方程來產率：

其中D（0），使他們能夠得到解決對象之間的*小間距。 使用此公式中，人眼能解決由0.056毫米的距離隔開的物體，但在視網膜的光感受器不太夠靠近在一起，以允許這種程度的分辨率，和0.1毫米是在正常情況下更逼真的數字。

光學顯微鏡的分辨能力是由若干因素，包括所討論的那些確定的，但在*理想的情況下，這個數目是約0.2微米。 這個數目必須考慮到顯微鏡的光學對準，透鏡的質量，以及光的用于圖像樣本的主要波長的光。 雖然它往往是沒有必要計算每個目標的精確分辨能力（并會在大多數情況下是浪費時間），了解的顯微鏡鏡頭的能力，也適用于現實世界中是很重要的。