ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разрешающая способность телескопа и микроскопа из "Общий курс физики Оптика Т 4 " Во всякой плоскости, перпендикулярной к оси пучка, дифракционная картина имеет вид концентрических колец. Однако, в зависимости от положения этой плоскости, центр пучка может быть и светлым, и темным. Амплитуда на оси обращается в нуль, когда kR (1 — os P) = тл, т. е. [c.357] Эта величина может служить мерой продольных размеров области, в которой концентрируется свет вблизи фокуса. Объем этой области 4Х / А, 2 4А,з порядка .( j = . [c.357] Конечный объект можно рассматривать как совокупность точечных источников, каждый из которых изображается кружком Эйри (1801—1892) с окружаюш,ими его дифракционными кольцами. Изображение объекта есть наложение таких кружков и дифракционных колец. Задача теории сводится к расчету распределения интенсивности света в такой картине. Следует различать два предельных случая 1) точечные источники некогерентны 2) точечные источники когерентны. В первом случае складываются интенсив ности волновых полей, во втором — их напряженности. Приближенно первый случай реализуется для самосветящихся, второй — для освещаемых объектов. Первый случай имеет основное значение в теории телескопа, а второй — микроскопа. [c.358] НЫХ ИСТОЧНИКОВ. Расстояние между центрами дифракционных картин предполагается равным 0,61 Я,/р, т. е. радиусу кружка Эйри, как этого требует критерий Рэлея на пределе разрешения (угол р имеет тот же смысл, что и в предыдущем параграфе). Результирующая интенсивность получается сложением ординат обеих пунктирных кривых и изображена сплошной линией. В центре С она имеет провал, где интенсивность составляет 74% от максимальной интен-.сивности. Между тем средний глаз уверенно обнаруживает наличие провала уже тогда, когда интенсивность в центре составляет около 85%. Таким образом, можно считать, что при выбранном расствяшш между светящимися точками получится разрешение. С другой стороны, сближая пунктирные кривые, легко установить, что провал исчезает, когда расстояние между центрами кружков Эйри уменьшается до Я/р, что очень лало отличается от рэлеевского предела 0,61 Я/р. В этом случае разрешения нет. Таким образом, в случае некогерентных точечных источников света при визуальном наблюдении критерий Рэлея дает практически необходимое и достаточное условие для их разрешения. [c.360] Принципиальное отличие от случая некогерентных источников света состоит в появлении дополнительного — интерференционного — члена. Это сказывается на критерии разрешения и на разрешающей способности объектива. Меняя угол наклона О, можно повысить разрешающую способность объектива. [c.360] Таким образом, разрешаемое расстояние меняется с изменением условий освещения и должно рассматриваться как ориентировочное. При этом надо еще раз подчеркнуть, что полученные результаты относятся к визуальным наблюдениям. Применение других физических методов исследования может понизить разрешаемый предел. [c.363] Этот результат удивительно хорошо согласуется с физиологической оценкой разрешающей способности глаза (см. 21, пункт 7). Достойна восхищения способность живого организма приспосабливаться к окружающим условиям и в процессе эволюции достигать максимума того, что принципиально допускается законами природы. [c.363] Однако наличие земной атмосферы не позволяет полностью, использовать разрешающую способность телескопа. Нерегулярные процессы в атмосфере, сопровождающиеся изменениями показателя преломления на пути световых лучей, портят изображения и снижают реальную разрешающую способность телескопов до величин порядка Г — 0,5 , причем особенно сильно это снижение сказывается на больших телескопах. Такая разрешающая способность может быть достигнута с помощью много меньших объективов. Большие телескопы строятся не с целью повышения разрешающей способности, а для увеличения количества света, поступающего в телескоп от наблюдаемых небесных объектов. Оно пропорционально площади отверстия объектива. Поэтому с помощью больших телескопов можно обнаружить и сфотографировать более слабые небесные объекты, чем с помощью малых. Для повышения же разрешающей способности астрономических телескопов необходимо исключить вредное влияние атмосферы. Большие перспективы открываются перед телескопами, устанавливаемыми на космических кораблях, а еще лучше — на Луне. [c.364] ШИЛИСЬ. При нормальном увеличении h = d, разрешаюш,ая способность объектива согласована с разрешающей способностью глаза. Наконец, когда увеличение больше нормального, т. е. DIh D/d, то /г d. В этом случае глаз действует так, как если бы его зрачок сузился, а разрешающая способность понизилась. [c.365] Применение увеличений больше нормального не может выявить новые детали рассматриваемого объекта. Увеличения, значительно превосходящие нормальное, приносят только вред, поскольку чрезмерное сужение выходящего пучка может внести в изображение значительные дифракционные искажения. Однако по физиологическим причинам иногда бывает полезно брать увеличения, превосходящие нормальное в 2—4 раза. Рассматривая детали на пределе разрешающей способности, глаз работает с напряжением и быстро утомляется, его чувствительность и разрешающая способность понижаются. Применение увеличений, несколько превышающих нормальное, не выявляет новых подробностей в строении рассматриваемых объектов, но позволяет рассматривать их с меньшим напряжением. К таким же выводам мы пришли в 23 из фотометрических соображений. [c.365] Э гот предел разрешения определяется волновой природой света и не может быть превзойден никакими техническими усовершенствованиями микроскопа. При прочих равных условиях предел разрешения тем меньше, чем короче длина волны. Наличие в знаменателе показателя преломления п объясняется тем, что разрешаемое расстояние может непосредственно зависеть от длины волны не в вакууме, а в той среде, где находится объект, т, е, от величины Я/л. [c.366] Нетрудно проверить, что при малых апертурах формула (56,7) переходит в формулу (56.2), определянщуго разрешающую способ- ность те.яескопа. В этом случае обе формулы отличаются одна от другой только по форме. В формуле (56.7) разрешаемое расстояние выражено в линейных единицах, а в формуле (56.2) — в угловых. [c.366] Для повышения разрешающей способности микроскопа можно идти двумя путями 1) уменьшать длину волны (переход к ультрафиолету) 2) увеличивать числовую апертуру объектива микроскопа п sin СС. Таким образом, угол а должен быть как можно больше, В лучших современных объективах он практически достиг своего теоретического предела а — п 2. Для повышения числовой апертуры применяют также иммерсию, т. е. жидкость с возможно высоким показателем преломления, заполняющую пространство между покровным стеклом и фронтальной линзой объектива (см, 18, пункт 4). Если принять п л 1,5, то максимальное значение числовой апертуры будет п sin а л 1,5. Применение иммерсии, таким образом, позволяет снизить разрешаемый предел примерно в полтора раза, т. е. довести его до величины I л 0,61Я/1,5 0,4Я. Детали объекта, размеры которых меньше примерно 0,4Я, принципиально не могут быть выявлены с помощью микроскопа. Ни при каком увеличении нельзя определить форму объекта, рассматривая его в микроскоп, если размеры самого объекта меньше приблизительно 0,4Я. Разумеется, с помощь ю микроскопа можно обнаружить объекты и много меньших размеров, если только они светятся достаточно ярко (ультрамикроскоп). Нельзя определить только их форму. [c.366] Вернуться к основной статье