回顾信息光学实验的背景[2010-12-07].PDF

回顾信息光学实验的背景 武少文 2012.11.7 提 纲 一、阿贝的生平 二、理论贡献 三、技术贡献 四、劳动保障制度方面的贡献 五、应用前景 恩斯特·卡尔·阿贝 （Ernst Karl Abbe) 回顾信息光学的先驱 展望信息光学的未来 恩斯特·卡尔·阿贝（Ernst Karl Abbe)。德 国物理学家，光学家，企业家。1840年1月 23 日出生于埃森纳赫(Eisenach)，1905年1 月14 日卒于耶拿。64岁。  哥廷根大学博士。1870年任耶拿大学 物理学教授。1878年任耶拿天文台主任。 后来恩斯特·阿贝加入蔡司公司从事显微镜 的设计和研究，对显微镜理论有重要的贡 献，因此成为卡尔·蔡司的合作人。恩斯 特·阿贝对光学玻璃有奠基的研究。1884 年，恩斯特·阿贝和奥托·肖特在耶拿创建肖 特玻璃厂。 1886年恩斯特·阿贝聘请光学设计家保罗·儒 道夫为光学设计部主任。 1866年他与C.蔡 司合作研制光学仪器，促进了德国光学工 业的发展。 1、力求弄明白现象与本质关系。 2、尽力将科学的理论转变成科学的技术。 3、考虑职工的待遇问题比别人早。 二、理论贡献 他的两项重要贡献为：①几何光学中的正 弦条件，确定了可见光波段上显微镜分辨 本领的极限，为迄今光学设计的基本依据 之一；②波动光学中的两步成像理论—— 阿贝成像原理。 1.阿贝成像原理 透镜 初级像（谱） 次级像 物 阿贝在1873年提出了相干光照明下显微镜的成像 原理。他认为，在相干光照明下，显微镜的成像 可分为两个步骤：第一步是通过物的衍射光在物 镜的后焦面上形成一个衍射图（初级像）；第二 步则为物镜后焦面上的衍射图复合为次级像，这 个可以通过目镜观察到。 2. 傅立叶光学： 空间频率 空间频谱 空间滤波……等概念的理解，熟悉阿贝成 L F F 图1 物的夫琅和费衍射 成像的这两步骤本质上就是两次傅立叶变换。第 一步把物面光场的空间分布变为频谱面上空间频 率分布；第二步则是再作一次变换又将空间频谱 还原到空间分布。 上图显示了成像的这两个步骤。为了方 便见， 我们假设物是二维光栅，单色平行 光照 射在光栅上，经衍射分解成为不同的 方向的很多平行光（每一束平行光相对应于 一定的空间频率），经过物镜分别聚焦在 后焦面上形成点阵。然后代表不同空间频 率的光束又重新在平面上复合而成光栅的 像。  （一）、实验原理 1、二维傅立叶变换 g ( x , y ) 设有一个空间二维函数 其二维傅立叶 变换为：   G(f , f ) =ℱ [g (x,y )] g (x,y )exp[i 2(f x f y )]dxdy x y  x y  式中 f x , f y ,分别为x ，y方向的空间频率，其量 L1 g (x , y ) G(f