Hvordan beregne dimensjonene i Focal Volume

Optikk er en enkel vitenskap. Lys opererer i henhold til enkle regler, og det samhandler med materialer og endringer. Kompleksiteten av optikk oppstår på grunn av det uendelig variasjon mulig i interaksjonene av lys og materie og antall egenskaper av lys som kan bli manipulert. Å håndtere kompleksitet, har forskere utviklet en rekke konsepter for å forenkle deres arbeid. En av disse konseptene kalles fokale volum, og det er ganske lett å beregne. Du må velge diameter som tilsvarer dine krav, noe som størrelsen på en enkelt detektor piksel, eller diameteren hvor en laser er lys nok til å gjøre en fluorophore glans.

Bruksanvisning

1 Beregn F-tall (ofte skrevet "F / #") av systemet ved å dele diameteren av brennvidden. Som et eksempel, anta at du har en 100 mm brennvidde med en diameter på 40 mm. F / # er 100/40 = 2,5, som ofte skrives som F / 2.5.

2 Beregn diffraksjon-begrenset spot størrelse av systemet som 2,44 x F / # x bølgelengde. For synlig lys, kan du ta den bølgelengden til å være 550 nanometer, som er 550 x 10 ^ -6 millimeter. Så eksemplet systemet har en diffraksjons-begrenset flekk størrelsen

2,44 x 2,5 x 550 x 10 ^ -6 = 3,4 x 10 ^ -3 mm.

3 Finne den vinkel ved hvilken linsen bøyer lyset. Lyset som kommer fra den ene kanten av linsen er bøyd i en vinkel for å krysse den optiske aksen til linsen i en avstand av en brennvidde bort. Matematisk er det oppførsel uttrykt ved ligning

tangent (vinkel) = diameter / 2 / brennvidde = 1 / (2 x F / #).

4 Beregne lengden av trekanten med en vinkel som er definert ved det foregående trinn og side lik radien av den diffraksjons-begrenset plass. Lengden av denne trekant er gitt ved

lengde = (1,22 x lambda x F / #) / tan (vinkel); erstatte den tidligere uttrykk for tan (vinkel)

lengde = (1,22 x X x F / #) / (1 / (2 x F / #))

lengde = (2,44 x lambda x (F / #) ^ 2).

5 Multiplisere arealet av den flekk man velger med 2 ganger lengden av trekanten beregnet i det foregående trinn. For eksempel problemet, i ligning form, er denne

volum = pi x (1,22 x X x F / #) ^ 2 x 2 x (2,44 x X x (F / #) ^ 2)

volum = pi x 1,22 ^ 2 x 2 x 2,44 x (550 x 10 ^ -6 ^ 3) x (2,5) ^ 4

volum = 1,5 x 10 ^ -7 mm ^ 3.

Hint

• Tegne en skisse vil hjelpe deg å visualisere løsningen på dette problemet. Hvis du tegner en horisontal linje gjennom sentrum av en linse, vil en parallell horisontal linje som treffer den øverste kanten av linsen bøye seg ned og krysser den første horisontale linjen. Krysningspunktet vil være en brennvidde bak linsen. Det sentrale volum er en liten region som strekker seg foran og på baksiden av spissen av den trekanten.
• Hvis du velger en annen spot størrelse å definere fokus volum, bare bruke spot størrelse i stedet for beregningen i trinn 3 og i senere trinn.