阿⻉在蔡司公司从事显微镜的设计和研究,提出光学镜头的正弦定律成像原理论,为蔡司公司设计了精良的显微镜。当时普遍认为优良显微镜的关键在于减低像差和提⾼放⼤倍率,认为显微镜的分辨率是⽆限的。减低光学镜头像差的⼀个简单办法是⽤⼩的孔径,蔡司公司于是推出⼩孔径的显微镜,但结果反⽽不如以前⽣产的孔径较⼤的显微镜。阿⻉为了探索个中原因,从理论和试验两个⽅⾯进⾏研究。
通过⼤量的实验,观察显微镜物镜焦平⾯上的衍射图样,提出显微镜物镜的⼆次衍射成像理论,并提出:1)显微镜的分辨率存在上限,2)显微镜的分辨率和光的波⻓、显微镜物镜孔径的关系式。
光学成像是将“物”以其“像”的形式呈现出来,基于⼏何光学的成像理论,只能给出⼀些简单的光学成像信息,只有借助于波动光学,才能获得复杂的传输与结构信息。阿⻉成像原理是1873年,德国科学家阿⻉在研究如何提⾼显微镜分辨本领时提出的;原理指出,成像分为两个步骤,第⼀步是相⼲光照明下,物光在透镜后焦⾯上形成特殊的衍射光分布;第⼆步是衍射光继续向前传播,复合成像。
要想⽐较深刻地理解阿⻉成像原理,需要深刻地理解光学傅⾥叶变换与成像的基本原理。本实验中光波的衍射传播满⾜菲涅尔近似条件,这样,当知道上⼀个⾯的光场分布时,就可以计算推导出下⼀个⾯的光场分布。
现在,再回过头来看阿⻉成像理论,第⼀步是相⼲光照明下,物光在透镜后焦⾯形成特殊的衍射光分布,假设物光的光场分布函数是t(x,y),经过透镜后在透镜后焦⾯上光场分布为T(x,y)=F(t(x,y)),这⼀步是把物光分解成为⼀系列具有不同空间频率的光场分布,这个⾯称为傅⾥叶频谱⾯;第⼆步是衍射光继续向前传播,复合成像,这⼀步就可以看作是不同频谱信息的周期性函数的叠加。