Дифракционный предел


Дифракционный предел

Дифракцио́нный преде́л — это минимальное значение размера пятна (Пятно рассеяния), которое можно получить, фокусируя электромагнитное излучение. Меньший размер пятна не позволяет получить явление дифракции электромагнитных волн.

Дифракционный предел был открыт в 1873 году Эрнстом Аббе.

Минимальный дифракционный предел определяется формулой dmin=λ/2n, где λ — длина электромагнитной волны в вакууме, n — показатель преломления среды. Иногда под дифракционным пределом понимается не линейный, а угловой размер, определяемый по формуле ψmin=1,22*λ/D (критерий Рэлея[1], предложен в 1879 году), где D — апертура оптического прибора.

Содержание

Значение дифракционного предела в оптике и технике

Дифракционный предел накладывает ограничения на характеристики оптических приборов:

  • Оптический микроскоп не способен различать объекты, размер которых меньше значения λ/(2·n·sinθ), где θ - так называемый апертурный угол (у хороших микроскопов θ близок к 90°, и следовательно, предельное разрешение близко к дифракционному пределу λ/2n).
  • При изготовлении микросхем методом фотолитографии минимальный размер каждого элемента микросхемы не может быть меньше дифракционного предела, что ограничивает совершенствование техпроцесса.
  • Принцип действия оптического диска заключается в считывании информации сфокусированным лучом лазера, поэтому дифракционный предел накладывает ограничение на максимальную плотность информации.
  • Разрешающая способность телескопа не может быть больше ψmin (т.е. два точечных источника света, расположенные на угловом расстоянии меньше ψmin, будут наблюдаться как один источник). Однако, разрешение земных оптических телескопов ограничивает не дифракционный предел, а атмосферные искажения (дифракционный предел самых больших телескопов составляет порядка 0.01 угловой секунды, но из-за атмосферных искажений реальное разрешение обычно не превышает 1 секунду). В то же время, разрешение радиотелескопов и радиоинтерферометров, а также космических телескопов, ограничивается именно дифракционным пределом.

Методы уменьшения дифракционного предела

  • Дифракционный предел dmin пропорционален длине волны, следовательно, уменьшить его можно, используя более коротковолновое излучение. Например, использование фиолетового лазера (λ=406 нм) вместо красного (λ=650 нм) позволило увеличить емкость оптических дисков с 4,7 Гб (DVD) до 25 Гб (Blue Ray), переход на коротковолновые (ультрафиолетовые) лазеры позволяет постоянно совершенствовать технологические нормы производства микросхем, использование рентгеновского диапазона позволяет на порядки повысить разрешающую способность микроскопов (см. Рентгеновский микроскоп).
  • Дифракционный предел обратно пропорционален показателю преломления среды. Поэтому, его можно значительно уменьшить, помещая объект в прозрачную среду с большим коэффициентом преломления. Это используется в оптической микроскопии (см. Иммерсия) и в фотолитографии (см. Иммерсионная литография).
  • Угловой дифракционный предел ψmin обратно пропорционален диаметру апертуры, поэтому повысить разрешение можно, увеличивая апертуру телескопа. Однако, на практике, разрешение больших телескопов лимитируется не дифракционным пределом, а атмосферными искажениями, а также дефектами геометрии зеркала (либо неравномерностью состава линзы для рефракторов) поэтому дифракционный предел имеет значения только для радиотелескопов и для космических оптических телескопов. В радиоастрономии повысить разрешение можно, применяя радиоинтерферометрию со сверхдлинными базами. Если два радиотелескопа работают в режиме радиоинтерферометра, то дифракционный предел будет определяться формулой ψmin=λ/L, где L - расстояние между радиотелескопами (так называемая база радиоинтерферометра). Например, космический радиотелескоп Радиоастрон (максимальная база 400 000 км) имеет разрешение от 8 до 540 микросекунд дуги в зависимости от длины волны, что на 2-5 порядков лучше, чем у лучших оптических телескопов.

Преодоление дифракционного предела

  • Получить разрешение несколько лучшее, чем дифракционный предел можно с помощью суперлинз (пластинки, действующей как метаматериал)[2].
  • Преодолеть дифракционный предел позволяет ближнеполевая микроскопия (достигнуто разрешение 13 нм [3]).

Примечания

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Дифракционный предел" в других словарях:

  • дифракционный предел — difrakcijos riba statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. diffraction limit vok. Diffraktionsgrenze, f rus. дифракционный предел, m pranc. limite de diffraction, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Дифракция волн — (лат. diffractus  буквально разломанный, переломанный)  явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию волнами… …   Википедия

  • Метаматериал — Метаматериал  композиционный материал, свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой[1][2]. Метаматериалы синтезируются внедрением в исходный природный …   Википедия

  • Пятно рассеяния — Пятно (кружок) рассеяния (англ. circle of confusion  кружок рассеяния)  искажённое изображение точки, образуемое реальной оптической системой. Возникает вследствие дифракции света на оправах компонентов оптической системы… …   Википедия

  • ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР — оптический квант. генератор с газообразной активной средой. Газ, в к ром за счёт энергии внеш. источника (накачки) создаётся состояние с инверсией населённостей двух уровней энергии (верхний и нижний лазерные уровни), помещается в оптический… …   Физическая энциклопедия

  • Телескоп — Внешние ссылки в этой статье не соответствуют правилам Википедии. Вы можете улучшить эту статью, удалив из неё ссылки, не соответствующие правилам …   Википедия

  • Апертура (оптика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Апертура. Большая (1) и маленькая (2) апертура. Апертура (лат. apertura отверстие) в оптике характеристика оптического при …   Википедия

  • Нанооптика — Нанооптика  раздел в оптики и нанотехнологии, в котором используется свет локализованный в пространстве много меньшем длины волны ( ), или объеме много меньшем . Практическое развитие этой области основано на создании лазеров и… …   Википедия

  • Таланов, Владимир Ильич — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Таланов. Владимир Ильич Таланов Дата рождения: 9 июня 1933(1933 06 09) (79 лет) Место рождения: Горький, СССР Страна …   Википедия

  • суперлинза —  Superlens  Суперлинза   Слой материала с отрицательным показателем преломления действует как суперлинза, которая может превзойти существующие линзы с положительным преломлением. Такая суперлинза способна создавать изображения с деталями, более… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.