由点光源产生的艾里衍射图的横向分辨率是在光学显微镜中的中间图像位置的单个焦平面内定义的。实际上,点源的衍射图像在该平面的上方和下方周期性且对称地延伸成三维图案,该三维图案从中心沿光轴扩展并扩展。本教程使用无球差的虚拟高数值孔径物镜,探索了在焦平面附近沿显微镜光轴截取的横截面的结构。
本教程显示的第一张图像代表了沿纵剖面的三维衍射图的斜视图,该图沿显微镜的光轴在近轴焦点(中间像平面)附近延伸。当物镜聚焦在精确聚焦点的上方和下方非常短的距离时,在中间像平面中形成了点照明源的二维艾里衍射图。当横截面在近轴焦点的上方和下方的不同焦点处通过衍射图样截取时,图样强度在明暗区域之间振荡。随着物镜的聚焦距离离近轴焦点越来越远,艾里图案的外径会扩大,在某些情况下,中心区域的对比度会反转,并且强度会减小。
要操作本教程,请使用蓝色按钮在沿显微镜光轴围绕近轴焦点的焦平面之间切换。参照从图1所示的三维衍射图获取的纵向截面的等距线是很有帮助的。在该图中,显微镜的光轴由横坐标(u)表示,并且延伸了±10π的距离,而中间图像(焦平面)位于纵坐标(v)处,并且覆盖±4π的范围。本教程中介绍的第一个横截面沿光轴出现在6π处,并显示了衍射图样的扩展区域,该区域的中心圆形最大值被高阶衍射环围绕。随着越来越接近中间像平面的连续横截面被检查(以2π增量),三维衍射图样的散布减小并变得更强。中心点的对比度反转发生在±4π处,散布恢复为经典的Airy图案,其扩散中心区域被衍射环围绕在±2π处。在中间图像平面(u = 0)上,这是精确(或近轴)焦点的点,我们观察到经典的Airy图案在v =1.22π处具有最小值。