工程光学-第13.4节 光学成像系统的衍射和分辨本领.ppt

第十三章光的衍射 §13.1 光波衍射的基本理论 §13.2 菲涅耳衍射 §13.3 典型孔径的夫琅和费衍射 §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 §13.5 多缝的夫琅和费衍射 §13.6 衍射光栅 §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 光学成像系统中的衍射 定性解释： ? 等效光学系统： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 光学成像系统中的衍射 公式推导： 孔径光阑面上的复振幅分布： 傍轴近似下： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 光学成像系统中的衍射 公式推导： ? 有限距离R处的菲涅耳衍射： 代入 进行推导 §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 光学成像系统中的衍射 公式推导： 与焦距R的透镜后焦面的夫琅和费衍射只差相位因子 §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 光学成像系统中的衍射 结论： 一个无像差光学成像系统，对于物点所成的像不是一个像点，而是一个衍射光斑，且该衍射光斑的光强分布与系统孔径光阑的夫琅和费衍射图样完全相同。 圆形孔径的夫琅和费衍射斑 = “艾里斑”： ? 光学系统对点源成像：像面上的衍射斑一般为“艾里斑” 半径为： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 成像系统的分辨率 指光学系统能分辨开两个靠近的点物或物体细节的能力 可分辨情形： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 成像系统的分辨率 指光学系统能分辨开两个靠近的点物或物体细节的能力 不可分辨情形： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 成像系统的分辨率 指光学系统能分辨开两个靠近的点物或物体细节的能力 瑞利判据： 当一个像点的衍射光斑 主极大和另一个像点的衍射 光斑第一个极小值刚好重合 时，两个像点刚好被分开。 §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 常见光学系统的分辨本领 1. 望远镜的分辨本领： 望远镜用于对远处物体成像 物镜通光孔径D ? 对远处点物所成的艾里斑角半径?0 瑞利判据 ? 刚好可分辨的两点对望远物镜的张角? 望远镜的作用： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 常见光学系统的分辨本领 2. 照像物镜的分辨本领： 照相物镜对较远物体成像，像面与物镜焦面大致重合 物镜通光孔径D ? 对点物所成的艾里斑角半径?0 瑞利判据 ? 刚好可分辨的两条线在像面的距离?? ? 照相物镜的分辨率： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 常见光学系统的分辨本领 3. 显微物镜的分辨本领： 显微物镜对焦点附近物体成放大像，像距较大 物镜通光孔径D ? 对点物所成的艾里斑角半径?0 瑞利判据 ? 刚好可分辨的两点物在像面的距离?? ? 显微物镜的分辨率?： §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 常见光学系统的分辨本领 3. 显微物镜的分辨本领： 孔径 v.s. 孔径角： 由阿贝正弦条件： 思考：提高分辨率的办法？ 作业：P418 No.16 深圳大学光电工程学院 本章内容 D R S? S 光学成像系统 孔径光阑 ? ? R S S? D L2 L1 物点 像点 L 孔径光阑的夫琅和费衍射斑 （无像差情形） D S? S 光学成像系统 孔径光阑 ? ? R 物点 像点 L (x1, y1) （会聚球面波） rq D S? S 光学成像系统 孔径光阑 ? ? R 物点 像点 L (x1, y1) rq (x, y) （R为出瞳距） L S1 S2 S?2 S?1 d 0.0 1.0 I/Imax d 0.0 1.0 I/Imax L S1 S2 S?2 S?1 d=r?0 0.0 1.0 I/Imax 0.81 等价于： 合强度中央的极小值等于两边的极大值的0.81倍时。 S?2 S?1 ? ?0 角度的放大 （望远镜的分辨率公式） ?0 f S?2 S2 S?1 S1 （物镜的相对孔径） ?? l? ?0 S?2 S2 S?1 S1 ?? l? S?2 S2 S?1 S1 ?0 2u ?? 2u? （物镜的数值孔径） §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 * *