有答主从底片化学构成角度分析,我就从光学角度来分析一下吧。
在大尺度看起来,光是沿直线传播的。因此在计算光学成像时我们一般用到的是几何光学。但实际上,考虑光学系统分辨率极限的时候,就不得不考虑光波的衍射效应。由于镜头不是无限大的,所以一个理想的物点成像之后是一个弥散的斑,两个紧挨着的斑能够分辨开的极限情况就是分辨率。如下图所示:
图1 衍射极限的简单说明
一般认为光学分辨率是半波长左右,所以经过特殊方法设计后,实现半波长以下分辨能力的话,我们就称其为“超分辨”。因此即便胶片是理想的,得到的图像也不会是无限清晰的,最终会卡在光学分辨率这里。
到这里其实问题已经回答完了。但是既然提到了衍射极限,那么不提一提如何突破它,似乎像是故事只有开头没有结尾。目前突破衍射极限的方法不少,在这里给大家简单介绍几种。
1、STED(受激辐射损耗)技术
假如现在你手里有一根粗铅笔,却要求你画出一条细线,你会怎么做呢?很显然直接用铅笔是做不到了,但给再你一块橡皮,你就可以做得到。先画出一条粗线,再用橡皮擦掉两侧多余的部分,剩下的就是一条细线了。
STED技术也是这个想法。荧光成像中,荧光分子对波长 λ1敏感,可以辐射出波长为 λe的荧光。但如果 λ2照射荧光分子的话,由于能级匹配问题,它就变得钝化,不再对 λ1有反应。因此我们可以将 λ2的光做成一个面包圈,把 λ1的光斑套在里面。缩小 λ2面包圈的直径,擦掉的部分越多,那么剩下的也就越少,中间的那个点就可以分辨出来了。
将 λ2的光做成面包圈的方法也很多,最常用的一种就是叠加一个涡旋相位,专业名字叫做“轨道角动量”,就可以实现一个圆环的亮斑了。图2是一种典型的STED显微镜系统。
图2 STED显微系统示意图
这种显微系统实现的分辨率要明显高于普通光学显微镜,图3可以看到清晰对比,Confocal是共聚焦显微镜得到的结果。
图3 STED显微镜与共聚焦显微镜结果对比
2、Super Lens(超透镜技术)
前面我们提到,之所以一个理想的物点成像后却成为了一个弥散斑,可以理解为成像系统口径不是无限大的。这就造成一个点发出的光实际上只有少部分能够被成像,大量的光信息丢失了。当然这只是简单的理解方法,实际上光照射物体时,散射出来的光可以分为两类,一类是传输波,承载了物体大概的信息,我们日常看到的都是这一类;另一类则是倏逝波,承载了物体的亚波长信息。
但是通常倏逝波演光波传播方向是指数衰减的,因此无法超出一个波长量级就消失殆尽了,所以无法参与成像。超透镜的原理就是,使用负折射材料将原本应该衰减的倏逝波进行放大,使其可以参与成像。
图4 Super Lens实验实例
图4中的例子就是Super Lens理论的实验例证。实验使用了365nm的近紫外光,得到了60nm的线条分辨率。
负折射材料还是很神奇的,一种实现光学隐形的思路就是使用负折射材料。不过目前也就是个思路而已。
先写到这里吧,要去实验室搬砖了。大家有兴趣的话将来再补充。
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度,google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有