מהי הרזולוציה המגבילה של מיקרוסקופ אופטי?
SKYLABS דיברה למעשה על העובדה שאיננו יכולים לצפות באטומים באמצעות מיקרוסקופ אופטי במאמר הקודם שלו "האם אנו יכולים לצפות באטומים באמצעות מיקרוסקופ אופטי?". במאמר הקודם "האם אנחנו יכולים לצפות באטומים עם מיקרוסקופ אופטי?", SKYLABS דיבר על העובדה שאיננו יכולים להשתמש במיקרוסקופים אופטיים כדי לצפות בעצמים ברמה האטומית. היום, בגיליון זה, נרצה להציג מהי גבול הרזולוציה של מיקרוסקופ אופטי?
למעשה, שאלת גבול הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי נענתה על ידי הפיזיקאי הגרמני אבי בשנת 1873. אבי גילה את נוסחת גבול הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי באמצעות חישוב ודדוקציה, והגבול המחושב על ידי נוסחה זו נקרא גם הגבול של אבי.
העיניות ועדשות האובייקטיביות המשמשות במיקרוסקופים אופטיים הן למעשה עדשות קמורות, ואור העובר בעדשה קמורה מייצר נקודה אוורירית, ונקודה שאנו רואים דרך מיקרוסקופ היא למעשה נקודת אור. אם שתי הנקודות שיש לראות רחוקות, עדיין נוכל להבחין ביניהן. אבל אם שתי הנקודות קרובות מאוד זו לזו, כל כך קרובות עד ששתי הנקודות האווריריות שהן מייצרות חופפות, אז אנחנו לא יכולים לדעת אם הן שתי נקודות או לא, ונוכל לראות רק מסה מטושטשת. כך שגודל הנקודה האוורירית למעשה קובע את מגבלת הרזולוציה של המיקרוסקופ. בשל השטח המוגבל, Tianzhong Jun כאן שם בצד את תהליך הגזירה ונותן נוסחה לרזולוציה של מיקרוסקופ אופטי כדלקמן:
δ=0.61λ/(nSin )
δ: רזולוציה λ: אורך גל n: מקדם שבירה: זווית צמצם
נוסחה זו ולאחר מכן לאחר המרה פשוטה שווה לכ-1/2 λ, כלומר, חצי מאורך הגל הוא למעשה הגבול של רזולוציית המיקרוסקופ האופטי, שהוגדרה מאוחר יותר כ"גבול Abbe".
אורך הגל הקצר ביותר של אור סגול באור נראה הוא כ-400 ננומטר, הגבול של Abbe הוא כ-200 ננומטר. כלומר, אם המרחק בין שתי נקודות מגיע ל-200 ננומטר או פחות, אזי המיקרוסקופ האופטי לא יוכל להבחין בין שתי הנקודות הללו, שהיא גבול הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי.
