광학 현미경의 한계 분해능은 무엇입니까?
SKYLABS는 실제로 이전 기사 "광학현미경으로 원자를 관찰할 수 있을까?"에서 광학현미경으로 원자를 관찰할 수 없다는 사실을 다루었습니다. 이전 기사 "광현미경으로 원자를 관찰할 수 있을까?"에서 SKYLABS는 광학현미경으로는 원자 수준에서 물체를 관찰할 수 없다는 사실에 대해 이야기했습니다. 오늘 이번 호에서는 광학현미경의 해상도 한계가 무엇인지 소개하고자 합니다.
실제로 광학현미경의 해상한계에 대한 의문은 1873년 독일의 물리학자 아베(Abe)에 의해 답변되었다. 애비는 계산과 추론을 통해 광학현미경의 해상한계 공식을 발견했는데, 이 공식으로 계산된 한계를 애비의 한계라고도 부른다.
광학현미경에 사용되는 접안렌즈와 대물렌즈는 실제로는 볼록렌즈이고, 볼록렌즈를 통과한 빛은 에어리 스팟(Airy Spot)을 생성하며, 현미경을 통해 우리가 보는 지점은 실제로는 빛의 스팟이다. 관찰할 두 지점이 멀리 떨어져 있어도 이를 구별할 수 있습니다. 그러나 두 점이 매우 가깝고 너무 가까워서 생성되는 두 개의 Airy 점이 겹치면 두 점인지 아닌지 알 수 없으며 흐릿한 덩어리만 볼 수 있습니다. 따라서 Airy 지점의 크기는 실제로 현미경의 해상도 한계를 결정합니다. 제한된 공간으로 인해 Tianzhong Jun은 파생 과정을 제쳐두고 다음과 같이 광학 현미경의 분해능에 대한 공식을 제공합니다.
δ=0.61λ/(nSin )
δ: 분해능 λ: 파장 n: 굴절률: 개구각
이 공식을 간단히 변환하면 약 1/2 λ와 같습니다. 즉, 파장의 1/2이 실제로 광학 현미경 분해능의 한계이며 나중에 "아베 한계"로 정의됩니다.
가시광선에서 보라색 빛의 가장 짧은 파장은 약 400나노미터이고, 아베 한계는 약 200나노미터입니다. 즉, 두 점 사이의 거리가 200nm 이하에 이르면 광학현미경은 이 두 점을 구별할 수 없게 되는데, 이것이 광학현미경의 분해능 한계입니다.
