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制造論壇-制造行業自己的交流社區!
標題:
光學顯微鏡的分辨率
[打印本頁]
作者:
云樞智造
時間:
2025-7-1 08:25
標題:
光學顯微鏡的分辨率
一、分辨率的物理基礎:瑞利判據
光學顯微鏡的分辨率遵循瑞利判據(Rayleigh Criterion),其數學表達式為:
d=n?sinθ0.61λ?
其中:
d
:最小可分辨距離(分辨率);
λ
:照明光波長(單位:納米,nm);
n
:物鏡與樣品間介質的折射率(空氣為1,油浸物鏡為1.515);
θ
:物鏡對樣品張角的半角(數值孔徑
NA=n?sinθ
)。
關鍵結論:
分辨率與波長成正比,與數值孔徑成反比。縮短波長或增大數值孔徑可提高分辨率。
二、影響分辨率的核心因素
數值孔徑(NA)
定義
:數值孔徑是物鏡收集光線能力的量化指標,
NA=n?sinθ
。
優化方法
:
使用高折射率介質(如香柏油,
n=1.515
)替代空氣,可顯著提升NA;
選擇大孔徑物鏡(如油鏡,
NA
可達1.4-1.5)。
極限
:受物鏡光學設計和制造工藝限制,
NA
通常不超過1.5。
照明光波長(λ)
可見光范圍
:400-700 nm,短波長(如藍光,450 nm)可提高分辨率。
特殊光源
:
紫外光(<400 nm)可進一步提升分辨率,但需特殊光學材料和樣品兼容性;
熒光顯微鏡中,激發光波長通常短于發射光,可優化信號對比度。
像差校正
球差
:光線通過球面透鏡時聚焦點不一致,導致圖像模糊。
解決方案
:使用復合透鏡組或非球面透鏡校正球差。
色差
:不同波長光線折射率不同,導致顏色分散。
解決方案
:采用消色差或復消色差物鏡,通過特殊玻璃組合校正色差。
場曲
:圖像邊緣與中心不在同一焦平面,導致邊緣模糊。
解決方案
:使用平場物鏡(Plan Apochromat)校正場曲。
三、分辨率的極限與突破
理論極限:阿貝衍射極限
根據阿貝理論,光學顯微鏡的分辨率極限約為光波長的一半(
λ/2
)。
對于可見光(550 nm),理論分辨率極限約為220 nm。
突破衍射極限的技術
超分辨顯微技術
:
受激發射損耗顯微術(STED)
:通過抑制熒光分子發光范圍,實現20-80 nm分辨率;
光激活定位顯微術(PALM/STORM)
:通過單分子定位,達到10-20 nm分辨率;
結構光照明顯微術(SIM)
:通過頻域調制,將分辨率提升至約100 nm。
近場光學顯微術
:
利用探針與樣品表面的近場相互作用,突破衍射極限,實現納米級分辨率(如掃描近場光學顯微鏡,SNOM)。
作者:
yyu099
時間:
2025-11-2 12:28
這個想法很獨特,我之前沒考慮過。
作者:
9549872679@11
時間:
2025-11-17 08:59
希望未來能看到您更多精彩的分享,您的內容總是那么有價值!
作者:
啥搞錯了
時間:
2025-11-30 03:37
感謝您的詳細解答,解決了我長期以來的疑惑,真是太有幫助了。
作者:
嶗山道士
時間:
2025-12-1 10:15
期待更多人的意見,讓我們一起探討!
作者:
明天沒有今天好
時間:
2025-12-2 23:24
謝謝你的分享,讓我受益匪淺。
作者:
健健康康
時間:
昨天 20:02
我對這個帖子的內容非常感興趣。
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