107年:視覺光學(1)

當瞳孔直徑為 3 mm及光的波長為 550 nm,可以分開艾瑞盤頂點( peaks of Airy disc )的最小距離,即兩點最小可被解析的距離為多少?

A0.63分角
B0.77分角
C1.83分角
D2.23分角

詳細解析

本題觀念:

本題考查繞射解析極限(diffraction-limited resolution),即光通過圓形孔徑(瞳孔)後,因繞射形成艾瑞盤(Airy disc)圖案,兩個點光源能被分辨的最小角距離,以**瑞利判據(Rayleigh criterion)**計算,並要求換算成分角(arc minutes)。

選項分析

公式推導:

依據瑞利判據,兩點剛好可被分辨的最小角距離(以弧度表示)為:

θmin=1.22λD\theta_{\min} = 1.22 \frac{\lambda}{D}

其中:

  • λ\lambda = 光波長 = 550 nm = 550×109550 \times 10^{-9} m
  • DD = 瞳孔直徑 = 3 mm = 3×1033 \times 10^{-3} m

計算步驟:

Step 1:計算弧度值 θmin=1.22×550×1093×103=1.22×1.833×104=2.237×104 rad\theta_{\min} = 1.22 \times \frac{550 \times 10^{-9}}{3 \times 10^{-3}} = 1.22 \times 1.833 \times 10^{-4} = 2.237 \times 10^{-4} \text{ rad}

Step 2:弧度轉換為角度(度)

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