¿Poder de resolución de un microscopio?

No se ponga demasiado preciado con el término "resolución". Hay muchas maneras de definirlo y, de hecho, en última instancia, lo que resuelve con un microscopio se reduce a la relación de señal a ruido de medición que puede lograr. Con una señal perfectamente limpia, puede desconvolucionar la función de dispersión de puntos de la lente de su imagen y resolver características más pequeñas de lo que implican las fórmulas simples. El "límite de difracción" no es un límite estricto ya que es un filtrado espacial de paso bajo: puede invertir el paso bajo por deconvolución si los niveles de ruido lo permiten. Sin embargo, en la práctica, rara vez se puede hacer esto. A menudo, cuando calcula la cantidad de fotones por segundo que provienen de cada volumen resoluble en microscopía, es sorprendentemente baja y, por lo tanto, el límite cuántico lo golpeará.

La primera fórmula se encuentra midiendo el diámetro del primer cero en la función perfecta de dispersión de puntos sin podar ("Disco de aire") dada por$\frac{J_1(k\,\eta\,r)}{k\,\eta\,r}$, dónde$\eta$es la apertura numérica. La función de Bessel$J_1$tiene su primer cero en 3.83, por lo que la "resolución" medida de esta manera es$2\times 3.83/(\eta\,k)$, que produce su primera fórmula si la multiplica (ya que$2\times 3.83 / 2\pi = 1.22$).

Otras formas de definir la resolución son citando la mitad del ancho máximo de la función de dispersión de puntos. Aún otros citan un diámetro que rodea una fracción de la potencia a través del punto limitado de difracción, y esta fracción puede variar:$95\%$,$1-e^{-1}$y$1-e^{-2}$son todos comunes.

No hay contradicción: su primera respuesta, con el factor numérico 1,22, es una medida del ancho del punto de difracción de una apertura circular (por ejemplo, de una lente redonda). Históricamente, la característica resoluble más pequeña generalmente se ha definido no como este tamaño, sino como la distancia más cercana entre fuentes puntuales que crean una imagen que aún tiene un mínimo local entre ellas. Si llevas esto al extremo, llegarás al límite de Abbe (distancia mínima de$\lambda/2$para que las fuentes puntuales sigan apareciendo como dos puntos sin procesamiento posterior).

Tenga en cuenta que para un microscopio, a diferencia del telescopio discutido en la diapositiva en particular a la que se refiere, estos límites se eluden rutinariamente al menos levemente. Hay al menos tres enfoques:

1. Objetivos de inmersión. Al agregar un aceite de inmersión entre su objeto y la lente del objetivo, aumenta la densidad óptica$n$y por lo tanto disminuir la longitud de onda de acuerdo con$\lambda = \lambda_\mathrm{vacuum} / n$, que es una forma relativamente fácil de obtener alguna mejora y muy utilizada incluso en microscopios baratos.

2. Microscopía de excitación multifotónica. En lugar de iluminar directamente, usa un tinte fluorescente e ilumina eso con múltiples láseres que deben superponerse para crear fluorescencia. Si bien tienen una longitud de onda más larga, el requisito de superposición (o una dependencia de intensidad no lineal) se puede utilizar para mejorar la resolución.

3. Microscopía de campo cercano. Si renuncia por completo a la óptica de su lente e ilumina u observa a través de una guía de ondas (es decir, una fibra) que se acerca mucho a su objeto, puede "enfocar" esencialmente con tanta fuerza como el orificio que hace en su guía de ondas para que la luz entre o salga. , al menos si te acercas lo suficiente (mucho más cerca que la longitud de onda para ganar en resolución).