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《現(xiàn)代光學第5章光學信息處理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、第5章光學信息處理5.1阿貝-波特實驗、澤尼克相襯法和空間頻率濾波5.2相干光學處理5.3非相干光處理5.4白光信息處理5.5非線性光學處理5.6實時光電混合處理技術5.1阿貝-波特實驗、澤尼克相襯法 和空間頻率濾波5.1.1阿貝-波特實驗與二元振幅濾波器1.阿貝-波特實驗阿貝-波特實驗的原理如圖5.1-1所示。圖5.1-1阿貝-波特實驗原理圖2.空間頻率濾波的傅里葉分析設圖5.1-1中光柵透光的矩形孔的邊長分別為l和m，相鄰兩孔之間的距離分別為p和q，并設其中一個矩形孔中心位于坐標原點處，則光
2、柵的振幅透射系數(shù)函數(shù)可以表示為(5.1-1)用單位振幅的相干平面波垂直入射照明光柵，則光柵后表面的復振幅分布為(5.1-2)若光柵面為有限大小，則可引入光瞳函數(shù)P(x0,y0)，這時光柵后表面的復振幅分布為(5.1-3)頻譜面上光波場復振幅分布即為U(x0,y0)的傅里葉變換(5.1-4)如果在頻率域內取如圖5.1-2(a)所示的長、寬分別為L、M的矩形孔H(ξ,η)=rect(ξ/L,η/M)作為二元濾波器，置于頻譜面，則無限光柵經二元濾波器后的復振幅分布為(5.1-5)圖5.1-2二元濾波器(a)矩
3、形孔濾波器；(b)中心遮擋的矩形孔濾波器然后經過第二次傅里葉變換，如果坐標反向，則相當于進行一次傅里葉逆變換。在輸出面上得到處理后的像光波場為(5.1-6)如果濾波器是水平狹縫，即L→∞(足夠大)，而M→0(足夠小)，則式(5.1-6)中的Lsinc(Lxi)=sin(πLxi)/πxi→δ(xi)，而Msinc(Myi)在足夠大的坐標區(qū)間內趨于1，從而［rect(yi/m)*comb(yi/q)］*1=常數(shù)。這樣,像面上的光波場復振幅分布為(5.1-7)上述分析同樣可以解釋阿貝-波特實驗中出現(xiàn)的像對比
4、度翻轉現(xiàn)象。如果在頻譜面內放置圖5.1-2(b)所示的二元濾波器，則濾波函數(shù)可寫成(5.1-8)仍考慮濾波器為水平狹縫，即L→∞，而M→0。這時像面上的光波場復振幅分布為(5.1-9)如果濾波器中心的遮擋部分很小，只阻斷頻譜中的零頻分量，則有R→0，Rsinc(Rxi)→1，rect(xi/l)*comb(xi/p)*［Rsinc(Rxi)］為一常數(shù)C′。所以,像面的復振幅分布為(5.1-10)即為光柵像減去一個常數(shù)。最后得到對比度翻轉的像面光強分布，其過程如圖5.1-3所示。圖5.1-3二維矩形光柵對
5、比度翻轉濾波過程(a)光柵透過率的函數(shù)(一維)；(b)光柵的空間頻譜分布(一維)；(c)中心遮擋的狹縫濾波函數(shù)；(d)濾波后像面的復振幅分布；(e)對比度翻轉后的像面光強分布3.二元振幅濾波器的分類通過以上討論可見，使用二元濾波器的空間濾波技術能夠改變成像系統(tǒng)內像場中的光強分布。圖5.1-4二元振幅濾波器示意圖(a)低通濾波器;(b)高通濾波器；(c)帶通濾波器;(d)方向濾波器5.1.2澤尼克相襯顯微鏡和相位濾波器為了說明相襯顯微鏡和相位濾波器空間濾波的原理，我們把相位物體的振幅透射系數(shù)寫成 其中j(
6、x0,y0)為該相位物體的相位分布。假定j(x0,y0)很小，展開 忽略j2以上的高次項，得到(5.1-11)頻譜面上的光波場分布為(5.1-12)如果在頻譜面上放置相位濾波器，正好使零頻分量相對其他頻譜的相位改變±π/2，則濾波后的頻譜變?yōu)?5.1-13)像面上的光波場分布為(5.1-14)像面上的光強分布為(5.1-15)為了減小背景的亮度，以突出j所引起的光強變化，可采用振幅相位復合濾波器，使零頻分量不但產生±π/2的相位變化，而且振幅衰減一個系數(shù)，這時有(5.1-16)像面上的復振幅分
7、布為(5.1-17)光強分布則(略去j的二次項)為(5.1-18)5.2相干光學處理5.2.1基本相干光處理系統(tǒng)1.光學頻譜分析系統(tǒng)光學頻譜分析系統(tǒng)的原理圖如圖5.2-1所示，它由兩個透鏡(或透鏡組)L1和L2組成。圖5.2-1光學頻譜分析系統(tǒng)振幅透過率為f(x0,y0)的透明片作為輸入函數(shù)置于L2的前焦面(輸入面)，經過L2的變換，在其后焦面(輸出面)就得到輸入函數(shù)f(x0,y0)的頻譜F(ξ,η)。(5.2-1)2.光學濾波系統(tǒng)典型的光學濾波系統(tǒng)如圖5.2-2所示。圖5.2-2典型光學濾波系統(tǒng)若輸入
8、面P1所放置的透明片的振幅透射系數(shù)為f(x0,y0)，并由單位振幅的軸向平行光照明，透鏡L2對其進行傅里葉變換，則得到頻譜面P2上的復振幅分布(5.2-2)若在P2面上加入一透射系數(shù)為H(ξ,η)的濾波器，則經濾波后的光波場分布為(5.2-3)經過透鏡L3之后，相當于進行了一次傅里葉逆變換，得到(5.2-4)可見，當濾波函數(shù)H(ξ,η)=c時，h(xi,yi)=cδ(xi,yi)，所以fi(xi,yi)=cf0(xi,yi)。這時無濾波作用
