阿貝顯微鏡成像理論

阿貝顯微鏡成像理論。德國物理學家、光學家恩斯特·阿貝首先從光的繞射角度研究顯微鏡物鏡成像過程，通過大量的實驗，觀察顯微鏡物鏡焦平面上的繞射圖樣，提出顯微鏡物鏡的二次繞射成像理論，並提出： 1）顯微鏡的解像度存在上限，2）顯微鏡的解像度和光的波長、顯微鏡物鏡孔徑的關係式。

背景

阿貝加入蔡司公司從事顯微鏡的設計和研究，用傳統的幾何光學計算方法對顯微鏡物鏡頭的像差修正，提出光學鏡頭的正弦定律成像原理論，為蔡司公司設計了精良的顯微鏡。當時的光學設計家認為設計優良顯微鏡的關鍵在於減低像差和提高放大倍率，認為顯微鏡的解像度是無限的。減低光學鏡頭像差的一個簡單辦法是用小的孔徑，蔡司公司於是出產了一批小孔徑的顯微鏡，但結果反而不如以前生產的孔徑較大的顯微鏡。阿貝為了探索箇中原因，從理論和試驗兩個方面進行研究。

阿貝顯微鏡繞射成像理論

阿貝在1873年在德國的顯微鏡學報上發表了它的顯微鏡繞射成像理論：

• 放在顯微鏡標本台上物體，接受顯微鏡光源的照射，產生繞射。
• 繞射的低次波偏離光軸的角度小，能夠進入顯微鏡的物鏡，在焦平面上形成繞射圖像；高階波因為角度大，不能進入物鏡。
• 焦平面上形成的繞射圖像，再次繞射：繞射圖像中各點，按惠更斯原理成為新的波源，產生球面波。
• 這些由第二次繞射形成的球面波相互干涉，最後在物鏡的像平面形成物體的實像。
• 物體的細微部分如果十分靠近，以至連一階繞射波的偏角太大，不能進入顯微鏡的物鏡，沒有顯微鏡能夠分辨物體的細微部分。

阿貝的顯微鏡成像實驗

阿貝在1873年提出的顯微鏡繞射成像理論，第一次從光的波動性以及由此而來的繞射現象，說明顯微鏡成像過程，提出顯微鏡解像度的概念，並且斷定有（光學）顯微鏡不能分辨的限度。

阿貝關於顯微鏡解像度存在上限的論點，未能被當時的顯微鏡設計界接受。阿貝設計了一套顯微鏡繞射成像實驗，來證明他的理論。

阿貝用的是實驗設備包括

1. 蔡司顯微鏡
2. 特別設計的光源，其基本構造有電燈，聚光燈，光圈和平面反射鏡。
3. 一套標本：單縫、雙縫、不同直徑的圓孔、點網、間距8微米的光柵、間距16微米的光柵等。