一束平行光的直徑最細能達到多細？

01-14

有沒有可能達到衍射極限？

先說有沒有，再說是什麼。

題主是說一束平行光的直徑最細能達到多細？

平行光是幾何光學的理想化的光線，隨便你多細，反正不存在。

那我姑且理解成「準直光束的直徑最細能達到多細？」

這個問題也沒什麼意義，因為即使是光束質量最好的激光，也是會發散的，發散角與光斑半徑成反比，只有在某個距離內，近似可以認為是準直的。

忽略一切成像系統引入的像差，那麼一個理想的基模高斯光束經透鏡變換後，以下關係恆成立：

w0 和θ0 分別為光束束腰半徑和發散角（高斯光束雙曲線的漸近線和光軸夾角），帶『是透鏡變換後的。忽略透鏡引入的像差，理想的高斯光束不管怎麼聚焦、發散、準直、縮束、擴束，其發散角和光斑半徑的乘積不變，只和波長有關。

理想的高斯光束是可以達到衍射極限的。實際的激光只能無限逼近，就像絕對零度一樣。

我們將光束衍射倍率因子定義為M2（M方），有：

因此實際激光的M2隻能無限接近1。接近衍射極限。

十年前國內有些專家（名字就不提了）宣稱得到了M2小於1的激光器，不過已經被勘誤了，原因是對w的定義理解出入。他們通過加小孔等方法利用衍射增強，使中心光斑的亮度得到加強，縮小了光強降為1/e處的半徑；看似突破了衍射極限，但代價是約13%的能量被衍射到了外環，且加劇了光束的發散。

衍射極限的定義百度一下好了，最近涉及突破衍射極限的研究發展還是蠻快的，在生物方面，所謂STED顯微鏡的方法和上面說的方法大同小異，用環狀光疊加在原來的光上，將原先的光的外圈強度削弱，這按定義看，並不是真正意義上的突破衍射極限，如果按總光強的能量分布計算。但確實可以得到比一束光更精細的分辨程度。

另外，衍射極限是對夫琅禾費遠場衍射來定義的，最近近場光學得到的一系列研究結果都可以說是真正突破衍射極限的，因為近場處的成像和光的波長無關。

還有就是表面等離子體激元，可以通過近場增強的倏逝波，利用在亞波長尺度下對光拘禁和波導效應，突破衍射極限限制。

最後我能想到的還有目前研究很火的負折射材料，利用負折射形成的所謂perfect lens進行成像，和衍射沒啥關係。

（實驗太忙，有空再補圖~）

衍射極限指的不是光束的直徑有多細，而是光束衍射的極限。也就是說我們不可能得到理想的完全平行的光束，總會有一定的發散角，這是由透鏡的像差決定的。

光束的直徑能夠到多細其實取決於你的光源尺寸和透鏡孔徑有多小。

我覺得樓上各位可能想複雜了，如果題主想要那樣的答案估計會去翻教材了。

我猜題主想問的是，理想狀態下，經過透鏡後的平行光束在光路中最小通過孔徑可以做到多小。這樣的話只要孔徑規格不達到衍射的程度應該都可以吧。

光又不是粒子束還能討論多細的么？