问题
Is there a limit?
有衍射极限吗？
缘起：光学
由于衍射的物理特性，任何光学系统（成像透镜/透镜组）的分辨率都有一个主要限制，即为：衍射极限。这一极限是指空间上最小的极限。
Ernst Abbe在1873年发现，光在折射率介质中具有最小可解析距离：
估算下来阿贝极限大致为0.25 μm。
光学系统不同部分的综合效应由点扩散函数（PSF）表述。衍射受限透镜的点扩散函数就是艾里斑。衍射极限为艾里斑第一个零点的直径
这个大小也是一般的数码相机中确定像素大小的依据（是的，不是像素越多就肯定越好，是有一个最佳匹配的像素大小，所以大家不要把像素数作为多么重要的指标了）。
这么成熟的理论与公式，似乎没啥好突破的了，显然不是。
微观突破
多角度照明：传统技术收集的信息来自物体本身的发光，如果从多个角度照明就可以增加信息量，实现高分辨，理论上是通过增加空间信息来实现。
多角度收集：一样的道理，可以增加信息收集的角度。如有一种技术，用两个相反的物镜，通过收集前向和后向散射光，将有效数值孔径加倍，有效地将衍射极限减半。
总体来说，改进幅度不大。
受激发射损耗（STED）显微镜技术是第一个突破光学衍射极限的远场显微成像技术，其基本原理是采用两束激光同时照射样品，其中一束激光用来激发荧光分子，使物镜焦点艾里斑范围内的荧光分子处于激发态；同时，用另外一束中心光强为零的环形损耗激光与之叠加，使物镜焦点艾里斑边沿区域处于激发态的荧光分子通过受激辐射损耗过程返回基态而不自发辐射荧光，因此只有中心区域的荧光分子可自发辐射荧光，从而获得超衍射极限的荧光发光点。
第二束激光是提高分辨率的关键，利用了光强的空间分布特性。这一点让我想起了光刻技术与此的异曲同工之处：要突破光波长分辨能力，可以利用光能量分布的特性，使得超过一定阈值的才能与基底作用，掐了正弦波一个尖，形成了更高的光刻分辨率。
这项技术大概能提高到分辨率30~50 nm左右。
衍射极限是在远场，在那里，所有的信息被重组，自然就丢失了信息。大家可以自行检索近场扫描光学显微镜。
近场扫描光学显微镜通过微光纤探针（一般表面镀有几十纳米的金属层，以防止光信号泄露）将激光传导到10-100纳米微区，在样品激发的近场信号被光学镜头或者CCD接收、记录。当探针做二维扫描时，同时得到样品形貌和近场光分布。探针-样品间距保持在10-50nm的近场范围。
重点在扫描：扫描本身就增加了空间信息，最重要的是，由于是近场，光波有一定的相干性，更多的信息就通过传统物镜收集到了。但这个技术不能成像厚度（深度）超过1个波长的物体，这限制了它们的适用性。
细观突破
我们这里所说的极限是指空间分辨的极限，以上乱七八糟的技术有没有共同点。
有一点：信息守恒。
只要能够将空间信息以各种方式输入到成像系统里，并使得空间信息的特征能够保留并可区分，总有办法分离出更精细的空间信息。
这里甚至也有人工智能技术的影子。比如一根光纤（可以理解为广义的很厚的透镜）理论上只能传输一个点，但通过训练，可以让它像个透镜一样，从后面乱七八糟的光分布中，还原出进入光纤之前的物体。（这也是我在自己工作中想做的内容）
所谓的衍射极限，是基于传统远场成像的一种概念。
理论上，透镜本身是没有空间分辨极限的（可以当作一个连续变换系统，物是连续的无穷的点，变换之后就仍然是连续的无穷的点），只不过我们利用了他的成像功能，利用了成像公式1/u+1/v=1/2f之后，我们就丢失了巨量的信息，只有成像面上那点信息了。
从这个角度，传统成像技术是一种投机的技术，只不过这样更便利而已。
总之，天空才是极限，衍射极限远不是真正的极限。我认为上面那些现有技术仍然没有充分利用好信息技术。
宏观突破：
之前是基于光学，光是电磁波。我们还有物质波，物质波的波长更短，那么显然可测的极限就更短。
但可惜的是一般的物质波没有光波（电磁波）那样的玻璃透镜可选。找不到操作物质波的东西，似乎没有什么衍射概念了。
但似乎有一个东西存在可能性（引力透镜），引力透镜可以对不同的粒子(甚至光）产生不同的弯曲，或许将来万物理论获得突破，做个引力透镜，测量点宇宙射线成分什么的，就如同对射线源成像一样（突然觉得这想法挺好，申明一下原创，如有雷同，纯属巧合）。
总之，不在光学领域，透镜光学的那一套东西似乎也能拓展一下，未来的技术突破，或许能与其相辅相成。
总结
衍射极限是对传统光学使用方法而言的。
而从信息守恒的角度，光学分辨可以远远突破该极限。
上帝：信息为什么要守恒？
云智熵：万物皆信息
上帝：万物为什么要守恒
云智熵：不如让看到这里的朋友回答一下
———END———
限 时 特 惠： 本站每日持续更新海量各大内部创业教程，永久会员只需109元，全站资源免费下载 点击查看详情
站 长 微 信： nanadh666
