光学显微镜-光学透镜特性和可见光衍射说明

　　自从有了显微镜，人们看到了未曾看到过的细小生物和细胞。放大镜从基础的单透镜发展成为目前结构复杂的复式显微镜，经过100多年不断的研究，改进，目前光学显微镜的结构也比较完善，分辨力也基本接近于论值，因此广泛应用于医学，生物，材料等各种科研，教学和生产领域。

　　一、光学透镜的特性

　　1、光的折射

　　光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，会发生折射现象。这是由于光在不同介质的传播速度不同而造成的。当与透明物面不垂直的光线（如由空气）射入透明物体（如玻璃）时，光线会在其界面改变方向，并和法线构成折射角。

　　2、玻璃透镜的性能

　　透镜是组成显微镜光学系统基本且是重要的光学元件。物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成，依其外形的不同，可分为凸透镜、平面镜和凹透镜三大类，其中常用的组合是凸透镜和凹透镜。

　　当一束平f巧Bfett的光线通过凸透镜后会汇聚相交于一点，该点称为“焦点”。通过焦点并垂直于光轴的平面，称为“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点称为“物方焦点”，该处的焦平面称为“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点称为“像方焦点”，该处的焦平面称为“像方焦平面”。光线通过凹透镜后，成正立虚像；而通过凸透镜则成倒立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像则不能显现出来。

　　3、影响成像的关键因素——像差

　　由于客观条件，任何光学系统者杯可能形成理论上理想的像，因各种相差的存在影响了成像质量。

　　二、可见光的衍射

　　光学仪器中的小光栏相当于一个透光的小圆孔。由于外围亮环的强度比较低，一般肉眼不易分辨和识别，只能看到中心亮斑。关键是要降低照明光源的波长，因此，对相邻很近的两个小物点，其相对应的两个艾里斑点就会发生相互重叠，甚至无法分辨出两个物点的像。可见由于光的衍射现象，使光学仪器的分辨力受到限制。

　　光的波动性所造成的衍射现象

　　在图中，从上到下，依次表示为物点，透镜，像平面，像平面上的光强度分布和像点。

　　（1）物点O1和O2经透镜衍射成两个艾里斑，实线为无衍射边界，虚线为衍射边界。

　　（2）物点O1和O2在像平面上的光强度分布。

　　（3）图（a）的物点O1和02在像平面上完全可分辨出来两个艾里斑。

　　（4）图（b）物点O1和02在像平面上刚好可分辨出来两个艾里斑。

　　（5）图（b）的物点O1和02若靠得再近一些，即其光强度相差若小于26.5%，则在像平面上就无法分辨出两个艾里斑，也就是说两个艾里斑对于多数光学仪器用的圆孔光栏的中心光强度为光强度的73.5%，作为分辨力的临界判据。