物理光学A傅里叶光学.pptx

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1、 数学中的傅里叶分析,应用到通信理论中,将电信号的特征在频率域中讨论;傅里叶分析与光学中的衍射理论结合起来,形成傅里叶光学.傅里叶光学,是在频率域中讨论图象信息.通信理论中涉及的是一维时间函数,傅立叶光学中讨论的是二维空间的信号.光栅衍射和空间频率 波长为 的单色平面波垂直入射到平面光栅G上设光栅d/a=2,N很大,会聚透镜后的焦平面上得到各级干涉极大，且偶数干涉极大缺级.第1页/共25页对于光栅我们可以用透过率函数（x）来描述,一维透射光栅的透过率函数是一矩形波函数.-1-1-3-33 31 10 0为了讨论问题方便,设光栅狭缝总数N N无限大.光光栅栅屏屏第2页/共25页(x)是周期性函数

2、d是空间周期.将上式用 傅里叶级数展开:第3页/共25页令上式表明,图中表示的矩形波可以分解为不同频率的简谐波,这些简谐波的频率为这里p称为空间频率.P0是p的基频.第4页/共25页 有时称P P0 0=1/d=1/d是矩形波函数的频率,但这不是严格意义上的频率,只有简谐波(正弦波和余弦波)的频率才是严格意义上的频率.透过率函数也可用复数傅里叶级数表示:在光学中,负的空间频率也可以被赋予物理意义.在光学中,用复数表示更方便,更合理第5页/共25页透射光栅的空间频率和功率谱第6页/共25页 上图是矩形波在频率域中的表示,横坐标是空间频率p,纵坐标分别表示振幅A和功率A2.周期性函数的频谱都是分立

3、的谱,各谱线的频率为基频整数倍.在p=0处有直流分量.再回到光栅装置.由光栅方程,在近轴条件下因此透镜后焦面上频率为第7页/共25页 上面的讨论可以说明,理想夫琅和费衍射系统起到空间频率分析器的作用.这就是现代光学对夫琅和费衍射的新认识。当单色光波入射到待分析的图象上时,通过夫琅和费衍射,一定空间频率的信息就被一定特定方向的平面衍射波输送出来.这些衍射波在近场彼此交织在一起,到了远场它们彼此分开,从而达到分频的目的.第8页/共25页频谱面 透镜像面 阿贝成像原理 阿贝成像原理透镜成像有两个观点:几何光学：自物点，发出的球面波,经透镜折射后,各自会聚到它们的像点,.图中光线不同的颜色表示发自不同

4、的物点.(1)第9页/共25页阿贝成像原理:物是一系列不同空间频率的集合.入射光经物平面发生夫琅和费衍射,在透镜焦面（频谱面）上形成一系列衍射光斑,各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠加,形成像.阿贝成像原理将成像过程分为两步:由阿贝的观点来看,许多成像光学仪器就是一个低通滤波器,物平面包含从低频到高频的信息,透镜口径限制了高频信息通过,只许一定的低频通过,因此,丢失了高频信息的光束再合成,图象的细节变模糊.孔径越大,丢失的信息越少,图象越清晰.第一步“分频”；第二步“合成”.(2)第10页/共25页频谱面高频信息物面 阿贝成像原理的意义在于:它以一种新的频谱语言来描述信息,它启发人们用改造

5、频谱的方法来改造信息.第11页/共25页像面3.3.空间滤波和光学信息处理(1)(1)阿贝-波特空间实验光栅频谱面光栅的像是一条条直条纹光栅的频谱光栅的夫琅和费衍射图样,记录下光栅的空间频率信息.第12页/共25页屏上无条纹光栅的频谱傅氏面上的光阑只让零级通过.它是一个低通滤波器.屏幕上光强分布控制频谱就控制了像面第13页/共25页屏上有细小的亮条纹.光栅的频谱傅氏面上的光阑让零级和正负一级通过.屏幕上光强分布,是基频和直流成分频谱面上的光阑使物的频谱通过得越多，所成的像与物越接近第14页/共25页(2)(2)网格实验物平面(网格)频谱面像平面S S4 空间滤波系统通过控制频谱来控制像面的信息

6、第15页/共25页物:网格 频谱（衍射图样）第16页/共25页一行频谱通过一列频谱通过像像第17页/共25页倾斜方向的频谱通过像第18页/共25页网格粘上的灰尘只让网格的频谱通过网格的像灰尘消失第19页/共25页用白光照明透明物体,物体的不同部分是由不同取向的透射光栅片组成.频谱面上(除零级外)干涉主极大呈彩色.物面上不同的部分的频谱在不同方向上.将一个方向的频谱,只保留一种颜色,滤掉其余的颜色,其对应的象面上,就显示出该频率的颜色来.(3)(3)调制实验物面白光输出面傅里叶变换镜频谱面S S第20页/共25页物面调制后的像调制后的频谱面频谱面第21页/共25页光学信息处理应用举例:(1)(1)卫星拍照下来的月球照片是由许多照相底片细工镶嵌而成的“合成照片”,但还能看到各底片的接缝处的水平痕迹.为了除去这些痕迹,可用不透光的细长条将这些水平接缝的频谱当住,在输出面上就得到没有接缝的底片.(2)(2)地震波记录的光学信息处理.(3)(3)检查大规模微型集成电路板的疵病.(4)(4)相衬显微镜.第22页/共25页第23页/共25页第24页/共25页感谢您的观看！第25页/共25页