光學顯微鏡是一種利用光學原理，將肉眼所不能分辨的微小物體放大成像以供人們提取微細結構信息的光學儀器。而數值孔徑（Numerical Aperture，簡稱NA），是光學顯微鏡，尤其是其物鏡的一個重要技術參數，以下是關于光學顯微鏡數值孔徑的詳細介紹：

一、定義與計算公式

數值孔徑描述了透鏡（或光學系統）收光錐角的大小，決定了透鏡的收光能力和空間分辨率。它是子午光線能進入或離開纖芯（光學系統或光學器件）的大圓錐的半頂角之正弦，乘以圓錐頂所在介質的折射率。計算公式為：NA=n×sin(θ/2)，其中n是物體與物鏡間媒質的折射率，θ是孔徑角（又稱“鏡口角”），即物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度的兩倍。

二、性質與特點

無量綱數：數值孔徑是一個沒有單位的量，用于衡量光學系統收集光的能力。

影響成像質量：數值孔徑越大，成像質量越好。因為更大的數值孔徑意味著能夠收集到更多的光線，從而提高圖像的亮度和清晰度。

與物鏡性能密切相關：數值孔徑是判斷物鏡性能（如分辨率、焦深、亮度等）的重要指標。一般來說，數值孔徑越大，物鏡的分辨率越高，但焦深會相應減小。

三、影響因素與調節方法

介質折射率：在孔徑角固定的情況下，增大介質折射率n值可以增大數值孔徑。因此，在實際應用中，可以通過使用水浸物鏡、油浸物鏡等方法來提高數值孔徑。例如，水浸物鏡的介質折射率為1.333，油浸物鏡的介質折射率可達1.515或更高（如使用溴萘作為介質，折射率為1.66）。

孔徑角：孔徑角越大，進入物鏡的光通量就越大。然而，在顯微鏡系統中，對于給定的物鏡，孔徑角已經固定，因此無法直接通過改變孔徑角來調節數值孔徑。

四、與其他技術參數的關系

分辨率：數值孔徑與分辨率成正比。分辨率指成像過程中光點呈現差異的Z小分辨距離，表示為d=λ/NA（其中d為Z小分辨距離，λ為光纖的波長）。因此，數值孔徑越大，分辨率越高。

放大率：數值孔徑與放大率也成正比。但需要注意的是，放大率不僅受數值孔徑的影響，還受其他因素（如物鏡的設計、制造精度等）的制約。

焦深：焦深與數值孔徑的平方成反比。因此，數值孔徑增大時，焦深會相應減小。這意味著在觀察過程中需要更加精確地調節焦距以獲得清晰的圖像。

視場寬度與工作距離：數值孔徑增大時，視場寬度與工作距離都會相應地變小。這限制了觀察范圍并增加了操作難度。

綜上所述，數值孔徑是光學顯微鏡物鏡的一個重要技術參數，它直接影響了成像質量、分辨率、放大率等多個方面。在實際應用中，需要根據具體需求選擇合適的物鏡和調節方法以獲得Z佳的觀察效果。