Diffraktionsgrænsen

Diffraktionsgrænsen er den grundlæggende begrænsning for et optisksystems opløsning af detaljer, der skyldes lysbølgernes bølgenatur. Når lys passerer gennem en åbning eller en linse, breder det sig og danner et mønster omkring hvert punkt – en Airy-skive. Afstanden mellem to punkter, der kan adskilles, afhænger af bølgelængden og systemets numeriske aperture (NA).

Der findes to almindeligt anvendte definitioner af grænsen. Abbes grænse giver lateral opløsning d = λ/(2 NA). Rayleigh-kriteriet fastsætter, at to punkter er lige akkurat adskilte, når maksimum af den ene Airy-disk ligger ved første minimum af den anden; dette giver d_R ≈ 0,61 λ/NA for en cirkulær åbning. Den tilsvarende vinkelopløsning er θ ≈ 1,22 λ / D, hvor D er åbningens diameter.

Eksempler og anvendelser: med synligt lys (λ omkring 500–550 nm) og NA omkring 1,0–1,4 i mikroskoper ligger den typiske lateralopløsning omkring 200–300 nm. I astronomi afhænger opløsningen af λ og af optikdiameteren D via formelen θ ≈ 1,22 λ / D; større D giver bedre opløsning.

Praktiske systemer påvirkes af aberrationer og støj. Der findes teknikker til at gå ud over den konventionelle diffraktionsgrænse, herunder adaptiv optik og superopløsningsteknikker som STED og PALM/STORM, der udnytter yderligere information om prøven til at opnå højere opløsning.