Wat is de beperkende resolutie van een optische microscoop?
SKYLABS heeft in zijn vorige artikel "Kunnen we atomen observeren met een optische microscoop?" gesproken over het feit dat we atomen niet kunnen observeren met een optische microscoop. In het vorige artikel "Kunnen we atomen observeren met een optische microscoop?", sprak SKYLABS over het feit dat we geen optische microscopen kunnen gebruiken om objecten op atomair niveau te observeren. Vandaag willen we in dit nummer introduceren: wat is de resolutielimiet van een optische microscoop?
In feite werd de vraag naar de resolutielimiet van een optische microscoop in 1873 beantwoord door de Duitse natuurkundige Abbe. Abbey ontdekte de formule voor de resolutielimiet van een optische microscoop door middel van berekening en deductie, en de limiet die met deze formule wordt berekend, wordt ook wel de limiet van Abbey genoemd.
De oculairs en objectieflenzen die in optische microscopen worden gebruikt, zijn eigenlijk bolle lenzen, en licht dat door een bolle lens gaat, produceert een luchtige vlek, en een punt dat we door een microscoop zien, is eigenlijk een lichtvlek. Als de twee waar te nemen punten ver weg zijn, kunnen we ze nog steeds onderscheiden. Maar als de twee punten heel, heel dicht bij elkaar liggen, zo dichtbij dat de twee Airy-vlekken die ze produceren elkaar overlappen, dan kunnen we niet zeggen of het twee punten zijn of niet, en kunnen we alleen een wazige massa zien. De grootte van de Airy-spot bepaalt dus feitelijk de resolutielimiet van de microscoop. Vanwege de beperkte ruimte heeft Tianzhong Jun het afleidingsproces terzijde gelegd en als volgt een formule gegeven voor de resolutie van de optische microscoop:
δ=0.61λ/(nSin )
δ: resolutie λ: golflengte n: brekingsindex: openingshoek
Deze formule is na een eenvoudige conversie gelijk aan ongeveer 1/2 λ, dat wil zeggen dat de helft van een golflengte feitelijk de limiet is van de optische microscoopresolutie, later gedefinieerd als "Abbe-limiet".
De kortste golflengte van violet licht in zichtbaar licht is ongeveer 400 nanometer, de Abbe-limiet is ongeveer 200 nanometer. Dat wil zeggen: als de afstand tussen twee punten 200 nanometer of minder bedraagt, zal de optische microscoop deze twee punten niet kunnen onderscheiden, wat de resolutielimiet van de optische microscoop is.
