Diffraktionsgrænse
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den
version , der blev gennemgået den 19. juni 2015; checks kræver
12 redigeringer .
Diffraktionsgrænsen er den mindste pletstørrelse ( stray spot ), der kan opnås ved at fokusere elektromagnetisk stråling . Den mindre pletstørrelse tillader ikke at opnå fænomenet diffraktion af elektromagnetiske bølger.
Diffraktionsgrænsen blev opdaget i 1873 af Ernst Abbe .
Minimumdiffraktionsgrænsen bestemmes af formlen d min = λ/(2 n ), hvor λ er længden af den elektromagnetiske bølge i vakuum , n er mediets brydningsindeks . Nogle gange forstås diffraktionsgrænsen ikke som en lineær, men som en vinkelstørrelse, bestemt af formlen ψ min = 1,22 λ / D ( Rayleigh - kriteriet [1] , foreslået i 1879), hvor D er blænden af det optiske enhed.
Betydningen af diffraktionsgrænsen i optik og teknologi
Diffraktionsgrænsen pålægger begrænsninger for karakteristika af optiske enheder:
- Et optisk mikroskop er ikke i stand til at skelne mellem objekter, der er mindre end λ/(2 n sin θ), hvor θ er den såkaldte blændevinkel (for gode mikroskoper er θ tæt på 90°, og derfor er den begrænsende opløsning tæt på til diffraktionsgrænsen λ/(2 n ))
- Ved fremstilling af mikrokredsløb ved fotolitografi kan minimumsstørrelsen af hvert element i mikrokredsløbet ikke være mindre end diffraktionsgrænsen, hvilket begrænser forbedringen af den teknologiske proces .
- Funktionsprincippet for en optisk disk er at læse information med en fokuseret laserstråle , så diffraktionsgrænsen sætter en grænse for den maksimale informationstæthed.
- Opløsningen af teleskopet kan ikke være større end ψ min (det vil sige, at to punktlyskilder placeret i en vinkelafstand mindre end ψ min vil blive observeret som én kilde). Opløsningen af terrestriske optiske teleskoper er dog ikke begrænset af diffraktionsgrænsen, men af atmosfæriske forvrængninger (diffraktionsgrænsen for de største teleskoper er i størrelsesordenen 0,01 buesekunder, men på grund af atmosfæriske forvrængninger overstiger den reelle opløsning normalt ikke 1 sekund). Samtidig er opløsningen af radioteleskoper og radiointerferometre samt rumteleskoper begrænset præcist af diffraktionsgrænsen. Derudover tillader nye speckle - metoder, såsom lucky exposure-metoden , at nå diffraktionsgrænsen selv for store jordbaserede optiske instrumenter gennem computeriseret efterbehandling af store rækker af observationer.
Metoder til reduktion af diffraktionsgrænsen
- Diffraktionsgrænsen d min er proportional med bølgelængden, derfor kan den reduceres ved at bruge kortere bølgelængdestråling. For eksempel gjorde brugen af en violet laser (λ = 406 nm) i stedet for en rød (λ = 650 nm) det muligt at øge kapaciteten af optiske diske fra 700 MB ( CD ) til 25 GB ( Blu Ray ), overgangen til kortbølgede (ultraviolette) lasere giver os mulighed for konstant at forbedre teknologiske standarder mikrochipproduktion, brugen af røntgenområdet gør det muligt at øge opløsningen af mikroskoper i størrelsesordener (se røntgenmikroskop ).
- Diffraktionsgrænsen er omvendt proportional med mediets brydningsindeks. Derfor kan det reduceres betydeligt ved at placere objektet i et gennemsigtigt medium med et højt brydningsindeks. Dette bruges i optisk mikroskopi (se immersion ) og i fotolitografi (se immersionslitografi ).
- Vinkeldiffraktionsgrænsen ψ min er omvendt proportional med blændediameteren, så opløsningen kan øges ved at øge teleskopets blænde. Men i praksis er opløsningen af store teleskoper ikke begrænset af diffraktionsgrænsen, men af atmosfæriske forvrængninger, samt defekter i spejlgeometrien (eller den ujævne sammensætning af linsen for refraktorer ), så diffraktionsgrænsen har kun betydning for radioteleskoper og optiske rumteleskoper. Inden for radioastronomi kan opløsningen forbedres ved at bruge radiointerferometri med meget lang basislinje . Hvis to radioteleskoper fungerer i radiointerferometertilstand , vil diffraktionsgrænsen blive bestemt af formlen ψ min = λ / L , hvor L er afstanden mellem radioteleskoper (den såkaldte radiointerferometerbase ). For eksempel har Radioastron rumradioteleskopet ( maksimal basislinje 400.000 km) en opløsning på 8 til 540 mikrosekunder afhængig af bølgelængden, hvilket er 2-5 størrelsesordener bedre end de bedste optiske teleskoper.
Overvindelse af diffraktionsgrænsen
Noter
- ↑ Diffraktionsgrænse for opløsning af optiske instrumenter | Hele fysikkurset Arkiveret 25. januar 2012 på Wayback Machine .
- ↑ Pendry J., Smith D. In Search of the Superlins . Elements.ru (2006). Dato for adgang: 21. januar 2012. Arkiveret fra originalen 10. september 2012. (ubestemt)
- ↑ Astronet > Overvindelse af diffraktionsgrænsen i optik Arkiveret 16. januar 2012 på Wayback Machine .
Links