diffraktionsgräns

Diffraktionsgräns är den grundläggande begränsningen i hur små detaljer ett optiskt system kan återge och därmed hur nära två punkter kan ligga innan de blir otydliga för ögat eller avbildningen. Gränsen uppkommer från vågnaturen hos ljus och hur ljuset diffrakteras när det passerar öppningar, objektiv eller andra hinder i systemet. Varje punktkälla avger ett diffraktionsmönster med en central maxima och sidobågar; när två sådana mönster överlappar betydligt kan de inte längre urskiljas som separata källor.

Mått och kriterier. Rayleigh-kriteriet säger att två punktkällor uppfattas som separata när huvudmaxima från en diffraktionsbild sammanfaller med första minimivärde i den andra. För spegelelliptiska eller cirkulära aperturer ger det ett angular mått θ ≈ 1.22 λ / D, där λ är ljusets våglängd och D är öppningens diameter. I mikroskopiska sammanhang används ofta upplösningsuttrycket δ ≈ 0.61 λ / NA (NA är objektivets numeriska apertur). En annan vanlig form är Abbe-limiten δ ≈ λ / (2 NA). Dessa uttryck visar hur kortare våglängder och högre NA förbättrar diffraktionsgränsen.

Faktorer och tillämpningar. Gränsen påverkas av våglängden som används, instrumentets konstruktion och medium. I optiska mikroskop kan diffraktionsgränsen ligga på några hundra nanometer för synligt ljus. Teleskop och andra instrument följer liknande principer, fast med olika NA och strålförhållanden. I elektronmikroskopi är våglängden hos valda elektroner mycket kortare, vilket ger avsevärt bättre diffraktionsgränser, och därmed högre potentiell upplösning.

Betydelse. Diffraktionsgränsen är en viktig gräns i bildvetenskap och färdplanen för utveckling av ny teknik, inklusive superupplösning och andra metoder som försöker kringgå traditionella diffraktionsbegränsningar.