01
迄今为止，人类一直有两个问题尚未搞清楚：一是宏观宇宙有多大；二是微观世界有多小。
一直以来，“原子”作为宏观世界与微观世界的“分界线”由来已久，大约在公元前400年，古希腊哲学大师德谟克利特便提出了原子论：宇宙万物由不可分割的原子构成。
十七世纪后期，现代化学之父拉瓦锡认为原子是化学反应中的最小单位；几十年后，英国化学家道尔顿重新定义了原子论：
单一元素的最终微粒便是原子，原子不能自生自灭，也不能再分割。
至此，原子论牢不可破。
有意思的是，虽然原子在化学反应中不能再被分割，但这还难不倒物理学家们，因为在物理层面，原子世界的“大门”依然可以被打开。
“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的人”。
1897年，英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊 在研究稀薄气体放电的实验中，将抽出空气的带有灯丝和阳极的 克鲁克斯管接通了15~60千伏的高压电，管内立即出现了一束呈淡绿色荧光的阴极射线 。
当他把一块磁铁 放在 克鲁克斯管 外面来回晃动时，发现阴极射线竟然随之发生了偏折，根据偏折的方向，汤姆逊初步判断其具有带电的性质。这是因为在1831年，法拉第已经把电与磁的相遇弄得一清二楚： 电与磁会相互感应 。
因此，汤姆逊认为这种射线应该是一种带负电的物质粒子。但他同时也在反问自己：这些粒子又是什么呢？它们究竟是原子还是分子？
在之后的实验中，汤姆逊对这种粒子同时施加一个电场和磁场，并调节电场和磁场所造成的粒子偏转相互抵消，让粒子仍作直线运动。这样便能从电场和磁场的强度比值中计算出粒子的运动速度。
速度一旦确定后，靠磁偏转或者电偏转就可以计算出粒子的电荷与质量的比值。
汤姆逊用这种方法经过计算后得知，这种粒子的质量要比氢原子的质量还要小得多 （质量相差近二千倍） 。
汤姆逊将这种粒子命名为——“微粒”。后来科学家们普遍采用了 爱尔兰物理学家乔治·斯通尼对电的基本单位的命名——“电子”来作为这种“微粒”的学名。
电子的发现，说明原子还不是最小的物质单位，因为电子就要比原子小得多得多。当电子束被应用到医疗诊断之中成为X射线（波长小于0.1纳米）之后，科学家们明白了，只要对电子加以适当的控制，电子便可以成为打开原子（0.1纳米）世界大门的一把“钥匙”。
02
打开原子世界大门的钥匙找到了，还需要一种操纵“电子”的设备才行，这根本难不倒聪明的科学家们。
“眼镜”曾被评为人类 科技 史上最重要的一项发明创造，说明看得见固然重要，看得清才是人类驾驭这个大千世界的重中之重。
对于眼睛所能看到的一切自然现象，人类都会抱有极大的好奇心去 探索 和解读。一直以来，由一片凹透镜（目镜）和一片凸透镜（物镜）所组成的望远镜是看清远距离目标的利器，如今还有射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽马射线望远镜来帮助人类观测极为遥远的未知宇宙空间。
实际上，微小物质也是构成自然界的重要组成部分。在人类视力良好的情况下，可被人眼辨识的最小目标大约为50微米（约为头发的二分之一），若目标小于这个尺度，我们的双眼看到的仅是一个模糊的点而已。也就是说，仅凭肉眼，我们将永远无法进入奇妙的微观世界。由此，科学家们又发明出由两片凸透镜所组成的显微镜来一窥微观世界的奥秘。
显微技术发展到今天，可分为光学显微技术和电子显微技术两大类。
光学显微技术的弊端是，它的最高分辨率有上限。也就是说，光学显微镜的最高分辨率与光波的波长成正比，即波长越短显微镜的分辨率越高。
同时这个分辨率还由物镜可收集多少衍射光来决定（阿贝成像理论），由于紫外光是光波中波长最短的（400~10纳米），因而光学显微镜的分辨率不能无限提高。
如今的光学显微镜最高放大倍数仅为2000倍，也就是说只能看清200纳米左右的东西。在这种分辨率下看清细胞、细菌是易如反掌，可是要进入原子级别的微观世界（0.1纳米以下）一窥究竟还要相差十万八千里。
03
上面说过，当电子束汇聚成阴极射线并被发掘为X射线之后，科学家们终于找到了在透镜上聚焦电子束的方法。由此，进入原子世界的利器——“电子显微镜”横空出世。
1923年，法国科学家路易·维克多·德布罗意提出了电子的波粒二象性的设想，即电子虽然可被看做是一种粒子，但是运动中的电子也具备“波”的性质。
3年后，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔成功推导出了电子波在电磁场中的运动方程：
薛定谔方程从另一个方面证明了电子波的传播轨迹和光波的传播轨迹具有相似性。
也就是说，如果光波的传播介质“玻璃”的折射常数正比于电子的运动速度，那么电子波在电磁场中的传播与光波在某种介质中的传播将是完全一致的。
换言之，既然光波可以经玻璃透镜聚集，那么电子束也应该可以通过某种介质聚集。
有意思的是， 历史 的巧合常令人感到不可思议。
就在薛定谔方程问世的同一年，德国科学家布施便提出了： 轴对称电磁场对电子束具有类似光波透镜聚集的效应。
1929年，德国物理学家恩斯特·鲁斯卡应用这些原理制成了世界上首个只有单一透镜的电子显微镜（仅能放大十几倍）。
自此，人类打开原子世界的“大门”便没有了任何障碍。
04
实际上，当恩斯特·鲁斯卡发明的电子显微镜面世之后，其观测分辨率根本不尽如人意，甚至还远不如光学显微镜。可是当鲁斯卡（1933年）对这个电子显微镜进行改良之后，其分辨率便达到了50纳米（估算），这个成绩在今天也能轻轻松松超过最高端的光学显微镜。
需要注意的是，电子显微镜的发展核心并不是要将目标放大到更高的倍数，而是要增加分辨目标细微结构的能力。
也就是说，即便能把目标放大几百万倍，可是看不清结构也是万般皆无用。
1959年，物理大师费曼便一语中的地指出：“如果我们能够最终发展出对我们所制备及要制备的物质进行原子水平观测能力的话，对解决化学及生物学问题将有巨大的助益，而我相信这一能力的实现是不可避免的。”
而此时的电子显微镜的分辨率已从初期的几十纳米大幅提高至约1纳米，超过了光学显微镜极限分辨率200倍，但距离真正的原子分辨率0.1纳米还有0.9纳米之遥。这区区的0.9纳米又耗费了科学家们近50年的时间才最终实现。
这期间，科学家们也并不是一无所获，1956年，英国的蒙特发表了首例薄晶体条纹像，其可分辨间距为1.2纳米。
科学家们还首次拍下了让人类深受其害的艾滋病毒的真实样貌。
1971年，日本科学家饭岛澄男在对一种铌酸钛化合物的研究中，获得了人类 历史 上首张原子级别高分辨率电子显微像。其分辨率高达3.5埃，即0.35纳米。
之后饭岛澄男又首发纳米碳管的高分辨像，让我们真正领略到碳原子在微观世界中的巧夺天工。
至1979年，世界上大部分的电子显微镜都已具备了2~3.5埃的分辨率，此时分辨一般的金属原子位置已是手到擒来。这对于研究金属位错现象有了极大的帮助。譬如可以避免因金属塑性变形而引发铁路桥倒塌等灾难性事故。
我国的电子显微技术也是起步于此时，1980年，借助从日本进口的一台当时世界上分辨率最高的JEM200CX电子显微镜，我国科学家郭可信先生迅速建立起一支研究团队，之后在准晶结构领域里的研发一直处于世界前列。
“科学的精神就是勇于 探索 ，永不满足现状。”
诺贝尔物理学奖得主 泡利 曾风趣地把物质表面形容为“魔鬼的杰作”。
因为物质表面是将物质内部与外部世界分开的一道界面。这层表面上的原子会以不同于内部的方式进行排列。因而其结构往往更为复杂和难以预料。
如果通过对物质表面采取某种形式的扫描成像，便可获知其表面结构。至此，科学家们的任务就非常明确了。那就是找出一种极细的“探针”，使之与电脑配合描述出物质的表面结构。
1982年，德国物理学家 格尔德·宾宁 和瑞士物理学家 海因里希·罗雷尔 在IBM位于瑞士的苏黎世实验室发明出了世界上第一台具有原子分辨率的 扫描隧道显微镜 。
“扫描”，顾名思义，“隧道”的全称应该是量子隧道效应。它是量子力学中的一种非常奇特的物理现象。我们知道在宏观世界中任何人或其它物体都不可能在不毁坏一堵墙的情况下穿墙而过。
然而在微观世界里，当微观粒子在运动过程中遇到绝缘体时也会被阻挡，但是当绝缘体足够薄时，粒子就能“穿过”绝缘体，就好像在绝缘体上开了一个隧道，因此叫做隧穿效应。
扫描隧道显微镜正是利用了这一原理：
用纳米级的探针尖与可导电的样品构成两个电极，启动偏置电压后，当探针尖足够接近样品表面，也就是小于1纳米时，两个电极之间便能形成微小的隧道电流，再根据电流大小反推出距离，从而得出样品表面的高度数据，在电脑上便能绘制出一张高分辨率显微图像来。
也就是说，即使样品表面只有原子尺度的起伏，隧道电流也会有数量级的变化，因此通过电流的变化就可以推导出样品表面的形貌信息。
令人不可思议的是，1990年，在美国加利福尼亚州的IBM研究实验室，科学家们通过扫描隧道显微镜在镍表面竟然将35个氙原子排列成“IBM”三个字母，每个字母仅为5纳米，堪称世界最小的商标。
扫描隧道显微镜的发明使显微技术达到了一个新的境界：能更进一步地观测和操控原子。同时对物理、化学、生物、材料等领域都产生巨大的推动作用。为此宾宁和罗雷尔于1986年被授予诺贝尔物理学奖。
这两个应该不是什么包含与被包含的关系。
信息光学（Information Optics）又称傅立叶光学。它的主要内容是：
1、衍射系统的屏函数2、夫琅和费衍射的傅立叶频谱分析3、阿贝成像原理。
光通信技术研究的是光纤通信，是一种以光波为传输媒质的通信方式。
这两个应该属于不同的研究方向，没必要非要拉扯上一点关系。
定义及与普通显微镜的区别：
相衬显微镜是一种特殊的显微镜，特别适用于观察具有很高透明度的对象，例如生物切片、油膜和位相光栅等等。光波通过这些物体，往往只改变入射光波的位相而不改变入射光波的增幅，由于人眼及所有能量检测器只能辨别光波强度上的差别，也即振幅上的差别，而不能辨别位相的变化，因此用普通显微镜是难以观察到这些物体的。
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透明度很高的物体，也称为位相物体。相衬法（也叫位相反衬法）是通过空间滤波器将物体的位相信息转换为相应的振幅信息，从而大大提高透明物体的可分辨性，所以从这个意义上说，相衬法是一种光学信息处理方法，而且是最早的信息处理的成果之一，因此在光学的发展史上具有重要意义。
1935年泽尔尼克根据阿贝成像原理，首先提出位相反衬法，由改变频谱的位相以改善透明物体成像的反衬度，1953年泽尔尼克因此获诺贝尔物理学奖。这是诺贝尔物理学奖中少数几项与光学有关的奖项之一
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工作原理：
实际的做法可以是，在玻璃基片的中心处加一滴液体，液滴的光程引起一定的相移，这样就形成了一块位相板，将这块位相板放置在显微镜的后焦面上，当作一个空间滤波器。在相干光的照射下，像面上出现与物的位相信息相关的图像。像面上的强度分布与样品位相成线性关系，也就是说，样品的位相分布调制了像面上的光强。
相衬法不是在使用显微镜的过程中发现的，而是泽尔尼克在工作于别的光学领域时发现的。这要从1920年泽尔尼克对衍射光栅产生兴趣时说起。这种反射式光栅是由平面或凹面镜片构成，镜片表面上刻有大量等距的刻痕。刻痕位置稍有差错，就会明显影响光栅的光学效果。刻机周期性重复出现的误差，使光程差发生相应的变化，观察者在观察镜面时，就会看到镜面似乎变得起伏不平。光栅表面细致的刻线直接用肉眼是看不见的，看到的只是在镜面上出现相隔较宽的粗线。用这样的光栅所形成的光谱，往往在每根强度谱线两侧伴随有一系列杂乱的弱线，这就叫“罗兰鬼线”。一块完善的光栅，像手掌那么大，拿在手里，在均匀照明之下，看上去色彩丰富，斑斓绚丽，展现出可见光谱里的各种颜色。可是，实际上有的光栅看上去却是“伤痕”遍布，在彩带上叠加了一条条粗线。
1902年阿伦（H.S.Allen）曾宣称，这些粗线不是真实的，乃是主要谱线与其鬼线互相干涉抵消的结果。
1920年泽尔尼克在研究光栅时，对这一说法表示异议。他认为这些带“伤痕”的表面视场要比照像底片拍摄所得的光谱照片提供了更多信息，表面视场给出了鬼线的相对位相，而照片丢失了鬼线的位相信息。泽尔尼克这时正在从事统计物理学研究，就把这一问题放在心里，留待以后研究。
大约在1930年，泽尔尼克的实验室得到了一块大凹面光栅，安装在支架上准备使用。很快人们就看到了光栅表面的“伤痕”。由于光栅距人眼6m，看不清楚，泽尔尼克试着用一台小型望远镜观察它。这时不期而遇的事情发生了。线条状的伤痕看得非常清楚，可是当把望远镜精确聚集在镜面表面时，线条却消失无遗！怎么回事？泽尔尼克想起了10年前的思考，他意识到这一现象的重要意义，立刻集中精力研究这个光学问题。他借助于阿贝的成像理论，经过一系列实验和计算，终于作出了成功的解释。原来这是由于波的位相差所引起的干涉现象。
1935年，泽尔尼克进一步根据位相理论研究出了位相反衬法，发明了相衬显微镜。在他的第一次设计中，使用一个直线条带样的孔径光阑，并在物镜的后焦面放置一个相应的直线条带光阑。泽尔尼克在他的诺贝尔领奖词中提到这一发明的偶然性时说：“然而，这个装置使物体结构的显微像显示了晕，因为衍射效应使物体细节的带状物像——沿垂直于带的方向散开，从而使像上的小亮点成为短线段状。为了避免这种观象，我改用了环状光阑，此光阑导致晕圈向各方向散开，不过晕圈变得很微弱以致实际上完全没有意义。”
现在全世界生产相衬显微镜的公司很多，相衬显微镜已经广泛应用于生物学及医学方面作细菌学和病理学的研究，也在矿物晶体微形貌学中得到了有效的应用。用这种特殊的显微镜，可以进行晶体表面生长的动态观察。
相干衍射成像;相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。; ;主要有三种迭代算法：
1、GS算法
GS 算法也称为误差下降算法，物波函数在空域和频域的交替迭代计算过程中，空域强度分布和频域强度分布作为单一迭代约束条件，存在着收敛性迭代‘停滞’问题。
2、HIO算法
改进了误差减少ER 算法并进一步发展了混合输入输出HIO 算法,克服了临界问题,在相 衍射成像中被广泛使用。
3、TIE算法
基本原理是测量沿光传播方向的光强变化推算出垂直方向的相位分布，目前比较常用的解TIE 方程的方法是傅里叶变换法; ; ;ER 算法;基于强度测量的相位恢复算法的核心思想就是通过求解光强传播方程（TIE ），从强度信息中计算出相位信息。
光强传播的方程(TIE )可以写为：;由于迭代算法通常存在计算量大和迭代收敛性问题，提出了基于波前调制或抽样的波前检测和衍射成像方法。
这类方法的基本思路是：（a）在被测样品和图像传感器记录平面之间引入某种具有特定透过率分布的波前调制或抽样元件
哥廷根大学博士。
1870年任耶拿大学物理学教授。
1878年任耶拿天文台主任。后来恩斯特·阿贝加入蔡司公司从事显微镜的设计和研究，对显微镜理论有重要的贡献，因此成为卡尔·蔡司的合作人。恩斯特·阿贝对光学玻璃有奠基的研究。
1884年，恩斯特·阿贝和奥托·肖特在耶拿创建肖特玻璃厂。
1886年恩斯特·阿贝聘请光学设计家保罗·儒道夫为光学设计部主任。
1866年他与C.蔡司合作研制光学仪器，促进了德国光学工业的发展。 以显微镜为中心，他的两项重要贡献为：
①几何光学中的正弦条件，确定了可见光波段上显微镜分辨本领的极限，为迄今光学设计的基本依据之一；②波动光学中的两步成像理论——阿贝成像原理。A.B.波特1906年以实验证明了这个理论。它成为近年以激光为实验条件的光学变换基本理论之一。他在1867年制成测焦计，1869年制成阿贝折射计及分光仪。
1870年后又制成数值孔径计、高度计和比长仪等。
1879年与O.肖托合作，研制成可用于整个可见光区的复消色差镜头。他还改进了不少天文观察仪器。
1888年，卡尔·蔡司逝世，恩斯特·阿贝成为了蔡司公司的东主。
除了在光学的贡献，恩斯特·阿贝有感当时工人所受的刻苦待遇，便在蔡司公司推行每天工作8小时、有薪假期、有薪病假、退休金等制度，成为现代雇员保障制度的先导者。
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1、取景：光线（影像）通过镜头，投射到45度安放的反光镜上，折射到机顶的五菱镜，再通过五菱镜的两次折射，投射到取景目镜。拍摄者即通过目镜看到了与实物一样的正立的影像。
2、拍摄：摄者按下快门，反光镜向上翻起，打开镜头通向胶片（或CCD或CMOS）的光通路，反光镜同时将通向五菱镜的光路遮挡，防止杂光反向通过目镜进入相机影响成像。此时光圈收缩到预设值，快门打开，影像记录介质记录影像，快门关闭，光圈回到最大，反光镜回位，准备下一次的取景、拍摄。
单反相机中，胶片单反和数码单反的原理相同，仅是记录影像的介质不同。当然因为记录的介质不同了，其结构也有了较大的区别。
上述仅仅描述了单反相机的光线轨迹，还有一些如光圈的动作、快门的控制、闪光灯的控制、测光及曝光的组合、测距调焦等等，无法在此一一描述。
有双反相机。就如国产的海鸥4A、4B等就是，以前人们俗称的“方镜箱”就是。
双反相机采用两个镜头，上下安置，一般上面镜头取景，下面镜头拍摄。因其未装置五菱镜，故摄者取景时看到的影像是上下、左右颠倒的，取景时的操作会感到不方便。
另外，由于双反相机用两个镜头分开取景和拍摄，故会产生一个“视差”问题，即摄者看到的影像范围，并非是拍摄记录到范围。而单反相机就比较彻底的解决了这个问题，因其通过一个镜头完成取景、拍摄，基本做到了“所见即所得”，也是单反得到了飞速发展的其中一个原因。
还有一种叫“旁轴”的相机，其通过机身上一个专用的取景窗取景，镜头记录影像。因其也不是通过一个镜头完成取景和拍摄，即同样存在“视差”的问题。
主要内容：
1、衍射系统的屏函数 2、夫琅和费衍射的傅立叶频谱分析 3、阿贝成像原理
影响：近10年来，光纤通信和相应元器件的发展极大地促进了信息光学与光通信技术的结合。光纤布喇格光栅和阵列波导光栅等的出现使全光网通信成为可能。空间光调制器在光学信息处理和光通信中应用日益广泛。
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