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Límite de difracción de resolución

Descripción:

Si la luz de una fuente puntual distante pasa a través de una apertura en una pantalla opaca, el rayo experimenta una expansión de difracción debido a la difracción. En el plano focal de la lente ubicada detrás de la pantalla, la imagen de origen se verá borrosa debido a la difracción. En el caso de un agujero redondo, la imagen de difracción consistirá en un punto de luz central y anillos concéntricos que lo rodean. El radio del punto central en el plano focal de la lente es

r = 1,22 F λ/D

donde λ es la longitud de onda de la luz, D es el diámetro del agujero, F es la distancia focal. Si los rayos de luz de una fuente distante inciden directamente en la lente, el marco de la lente actúa como una pantalla. En este caso, D debe entenderse como el diámetro de la lente.

La naturaleza difractiva de las imágenes limita las capacidades de los instrumentos ópticos. Por ejemplo, las imágenes de difracción de dos estrellas cercanas en el plano focal del objetivo de un telescopio pueden superponerse fuertemente, haciendo imposible distinguir si hay dos estrellas o una.

Si la luz de dos estrellas ubicadas a una distancia angular Ψ entra en la lente del telescopio, entonces en el plano focal de una lente de diámetro D con una distancia focal F, los centros de las imágenes de difracción de las estrellas estarán espaciados a una distancia Δl ??= FΨ (en ángulos pequeños Ψ). Si esta distancia es igual al radio r del punto de difracción central, entonces los patrones de difracción se superponen fuertemente, por lo que es visualmente difícil distinguir una imagen de dos estrellas de una imagen de una sola estrella. De acuerdo con este criterio condicional (criterio de Rayleigh), el valor

Ψmin = r/F = 1,22λ/D

llamado límite de difracción de resolución de la lente. Del mismo modo, la naturaleza ondulatoria de la luz impone un límite a la capacidad de discernir detalles cercanos de un objeto visto a través de un microscopio. El programa está diseñado para estudiar el efecto de la difracción en el límite de resolución del objetivo del telescopio (telescopio). El modelo es un análogo por computadora de la experiencia de observar dos fuentes de puntos cercanos usando un pequeño telescopio.

Es posible cambiar la longitud de onda λ, el diámetro D de la parte abierta de la lente (apertura) y la distancia angular Ψ entre dos fuentes de luz. La computadora reproduce en la pantalla las imágenes de difracción observadas de las fuentes y la distribución de la intensidad de la luz en las imágenes de difracción. Tenga en cuenta que el desenfoque de las imágenes de difracción aumenta con el aumento de la longitud de onda λ y la disminución del diámetro de la lente D. Se puede realizar un experimento informático cualitativo para determinar el límite de difracción de resolución para valores dados de D y λ.