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光学分辨率极限计算与实际测试

📚 共计 30 章节

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光的波动性与成像系统

从惠更斯原理到波动光学，理解为什么点光源成像不是点，波前叠加与衍射萌芽。

波动光学惠更斯

夫琅禾费衍射

单缝与圆孔的夫琅禾费衍射图样，艾里斑的形成与数学描述，奠定分辨率基础。

衍射艾里斑

瑞利判据的提出

瑞利男爵的原始定义，两个点光源刚好能分辨的判据，光学分辨的里程碑。

瑞利判据的数学形式

θ = 1.22 λ / D，各参数物理意义与推导思路，量化分辨极限。

数值孔径与分辨率

NA = n sinθ，显微镜与物镜的分辨率极限，高NA物镜的设计哲学。

阿贝衍射极限

阿贝在显微镜领域的贡献，阿贝正弦条件与分辨率公式，衍射极限的另一种表达。

阿贝正弦条件

瑞利判据 vs 阿贝极限

两种判据的异同点，适用场景对比，从相干与非相干角度深度剖析。

对比适用场景

斯派罗判据

另一种分辨判据，与瑞利判据的区别，常用于探测器与光谱分析。

斯派罗判据

实际光学系统中的像差影响

球差、色差如何降低实际分辨率，像差校正与设计权衡。

像差球差色差

CCD/CMOS传感器的采样与奈奎斯特频率

像素尺寸对分辨率的限制，奈奎斯特采样定理在成像中的应用。

采样奈奎斯特

光学传递函数

MTF与分辨率的关系，从频域理解成像质量，对比度传递特性。

超分辨技术概览

STED、SIM、STORM等突破衍射极限的方法，原理与性能对比。

超分辨STEDSIM

近场光学与倏逝波

为什么近场可以突破衍射极限，倏逝波携带高频信息。

近场倏逝波

微纳加工中的衍射极限

光刻技术中的分辨率限制与提升方法，浸没式光刻与多重图形。

激光光束质量与M²因子

高斯光束的传播与聚焦极限，M²因子对实际聚焦光斑的影响。

M²高斯光束

天文望远镜的分辨率

大气湍流与自适应光学，地基望远镜如何接近衍射极限。

天文自适应光学

人眼的分辨率

瞳孔大小、视锥细胞密度与视觉锐度，人眼光学系统的极限。

全息术与分辨率

全息记录与再现的分辨率限制，离轴全息与数字全息。

相干成像 vs 非相干成像

两种成像方式的分辨率差异，相干噪声与光学传递函数不同。

相干非相干

矢量衍射理论

当NA > 0.7时，标量理论失效，需要矢量分析，偏振与光场矢量。

偏振对分辨率的影响

高NA下的偏振效应与分辨率退化，s/p偏振差异。

固体浸没透镜

通过高折射率介质提升NA与分辨率，近场与固体浸没技术。

从两侧照明，提升轴向分辨率，干涉相长与共焦结合。

结构光照明显微镜

利用莫尔条纹效应提升分辨率，SIM原理与重构算法。

SIM莫尔条纹

单分子定位显微镜

PALM/STORM的定位精度与分辨率，单分子开关与质心拟合。

最小可分辨距离 vs 最小可探测距离

两个容易混淆的概念，探测灵敏度与分辨能力的区别。

信息论与成像

香农-哈特利定理在光学成像中的应用，信息容量与自由度。

信息论香农

量子极限与海森堡不确定性原理

从量子力学看衍射极限的本质，位置-动量不确定性与分辨率。

量子海森堡

工程实践：如何测量一个光学系统的实际分辨率

分辨率测试靶、MTF测量、星点法，工程中的实用评估手段。

测量测试靶

未来展望：深度学习与计算成像对衍射极限的挑战

深度学习与计算成像对衍射极限的挑战，超分辨重建与物理先验。

深度学习计算成像

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