【仪器仪表网 专题推荐】在显微拉曼光谱仪或荧光显微镜中，激光的光斑尺寸大小是一个重要参数，它取决于激光的波长和显微镜的物镜的特性。
艾里斑
当光穿过任何孔径(例如显微镜物镜)时，就会发生衍射。由均匀照射圆形光圈所产生的衍射图称为艾里斑图(Airy pattern)，如图1所示。它由一个明亮的中心圆(称为艾里斑)组成，包含总光强的84%，其余的16% 分布在一系列逐渐减弱的同心环上。
图1. 激光光斑的艾里斑模拟图和光斑尺寸的不同定义。
艾里斑的直径(定义为衍射图样中zui小圆斑的直径)通常是显微镜中“光斑大小”的意思。其直径大小取决于激光的波长和物镜的数值孔径(NA)：
显微镜的横向空间分辨率极限与等式1密切相关，通过将系数1.22替换0.61即可。
艾里斑直径不是光斑尺寸的weiyi定义。另外两个常见的定义是衍射图样中光斑在半峰宽(FWHM)或1 / e2峰宽时的大小，由下式：
艾里圆斑是在假定没有像差的完美光学系统下代表可以达到的zui小光斑尺寸，在实际中很难达到。激光的光束直径通常比物镜的后孔径窄，并且没有均匀的横向强度(通常具有高斯分布)，并且用激光直接照射物镜会导致光斑尺寸大于等式1所预测的。
解决的办法是扩大激光束，使其光束直径大于目标物的后孔径，达到近似均匀的照明，这就是所谓的过度填充。过度填充的程度越大，就越接近均匀照明，光斑的大小也越接近公式1。过度填充是以降低到达样品的激光强度为代价的，并且是在空间分辨率和通过物镜传输的功率间做选择。
激光波长的影响
光斑大小取决于激光波长(公式1)，较短的波长激光器提供较小的光斑和更高的空间分辨率。使用高倍的物镜(100x 0.9 NA)，可以在三种常见的波长下获得光斑大小如图2所示。
图2. 在100x0.9NA物镜下不同波长的光源对应的光斑大小模拟图。
物镜的NA值影响
光斑的大小还取决于物镜的数值孔径(NA)，该数值孔径测量的是光线进入或离开透镜的倾斜度，
其中n是物镜和样品之间介质的折射率，α是进入/出射物镜的光锥的半角。
NA取决于物镜的构造，并且通常随物镜放大倍数的增加而增加。标准空气(n = 1)物镜的NA极限值<1，由于浸油物镜的折射率较高，因此可以将NA提高到约1.4。NA越高，物镜的收光角越大，可以实现的光斑尺寸越小，这在图3中用三个常用的空气物镜进行了说明。
图3.模拟在物镜的数值孔径不同情况下532nm激光光斑大小。
需要注意的是，图3在某种程度上进行了简化，因为模拟假设所有三个物镜的后孔径均被均匀照明。如上所述，这是通过光束扩展和过度填充物镜的后孔来实现的。但是，后孔径的直径随物镜放大倍数而变化，即后孔径的直径随放大倍率的增加而减小。在多物镜系统中，光束扩展通常是针对高放大倍率物镜进行优化的，而具有较大后孔径的低放大倍率物镜(例如，图3中的20X0.4NA)通常不会被过度填充，并且激光的光斑尺寸和衍射图将会有更多的高斯特性。
总结
在显微拉曼光谱仪和荧光显微镜中，激光光斑的大小与仪器的空间分辨率和激光的传输功率有很大的关系，本文展开介绍了光斑大小定义以及激光的波长和显微镜的数值孔径对激光光斑的大小的影响。
RM5显微拉曼光谱仪结合了现代光学设计，实现了激光与显微镜的完美结合，同时注重功能，精度和速度，在规格和易用性方面都独树一帜。
