信息光学技术及其应用

《信息光学技术及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、信息光学技术及其应用信息光学1、预备知识2、衍射系统的屏函数3、夫琅和费光栅衍射的傅里叶频谱分析4、阿贝成像原理5、空间滤波6、阿贝—波特空间滤波实验7、相衬显微镜8、相干光学图像处理系统（4F系统）光的偏振信息光学＝数学工具（级数、积分）＋经典光学（光波的传播、干涉、衍射、成像、光学信息的记录与再现、光学信号的处理）在信息光学中，从“空域”“空间坐标系”观念对图像的描述过渡到用“频域”或“频率坐标系”描述。开辟了新天地。由传统的波动光学，在引入傅里叶变换后，形成了新的学科――信息光学（或傅里叶光学）。一、信

2、息光学1、预备知识平面波与球面波的复振幅：平面波：球面波:复振幅:复振幅由两部分组成，其模量代表振幅在空间的分布，其幅角代表位相在空间的分布波前：一般泛指波场中任一曲面，更多的是指一个平面。xozkk’zz(x,y)o(x,y)ozz发散球面波会聚球面波2、衍射系统的屏函数能使波前的复振幅发生改变的物，统称为衍射屏。衍射屏将波的空间分为前场和后场两部分。前场为照明空间，后场为衍射空间。波在衍射屏的前后表面处的复振幅分别称为入射场、透射场（或反射场），接收屏上的复振幅为接收场。入射场透射或反射场接收场衍射屏的作

3、用是使入射场转换为透射场（或反射场）。用函数表示，就是透过率或反射率函数，统称屏函数。衍射屏函数屏函数的模。模为常数的衍射屏称为位相型的，如透镜、棱镜等。屏函数的幅角即位相。幅角为常数的衍射屏称为振幅型的，如单缝、圆孔等。透镜的屏函数棱镜的屏函数波前函数中每出现一个二次相因子，则可看成是受到某个透镜的作用波前函数中每出现一个线性相因子，则可看成是受到某个等效棱镜的偏折3、夫琅和费光栅衍射的傅里叶频谱分析空间频率的概念最基本的屏函数是具有空间周期性的函数。描述空间周期函数的重要概念是“空间频率”。比如常见的黑白

4、型光栅，光栅常数为d，也就是其空间周期。空间周期d的倒数就是空间频率，即有f=1/d。f称为空间频率。光栅xoxo(a)黑白型(b)正弦型衍射单元的光瞳函数正弦光栅的傅立叶变换平行光垂直入射：0级波，方向+1级波，方向-1级波，方向透射波实际上变为三列波黑白光栅的傅里叶变换平行光垂直入射：傅里叶系数：In08642-8-6-4-2黑白光栅的分立谱高频低频零频xz空间频率与传播方向的关系一个普通光学图像可视为由多种空间频率的光信号组合而成，低频分量反映图像的宏观结构，高频分量则反映图像的精细结构，也就是图像的细

5、节4、阿贝成像原理可以从几何光学的角度，即光线的折射来说明成像过程也可以从夫琅禾费衍射的角度，即对波前的变换来说明成像的过程第一步，物光波（屏函数的平面波）经过透镜在其焦平面上汇聚成衍射斑，即点光源第二步，焦平面上的衍射斑作为相干的点光源，发出的次波在像平面上相干叠加5、空间滤波空间频率与波的衍射角相关，可以据此做成低通、高通或带通的滤波装置衍射屏或物的空间频率低通高通带通低通高通带通6、阿贝—波特空间滤波实验以黑白光栅为物，单色平行光照射在傅氏面上加一可调狭缝，观察像的变化像平面傅氏面黑白光栅可调光阑只让0

6、级，即直流成分通过，则像平面被0级斑发出的球面波照明。近轴条件下，被均匀照明让0级和±1级通过，则像平面上是0和±1三个衍射斑发出的次波的相干叠加让0级、±1和±2级通过，则像平面上是5个衍射斑发出的次波的相干叠加除0级外，全开放7、相衬显微镜对于无色通明的生物切片或晶片，它们的透过率函数是位相型的：当平行光垂直照射时：对零级谱相位调制后：8、相干光学图像处理系统（4F系统）二、光的偏振自然光线偏振光部分线偏振光圆偏振光椭圆偏振光光的偏振态1、光的偏振态如果一束光的电矢量在波面内运动的特点是其瞬时值的大小不变

7、，方向以角速度ω（即波的圆频率）匀速旋转，换句话说，电矢量的端点描绘的轨迹为一圆，这种光叫圆偏振光。oEyxExEy圆偏振光左旋偏振光右旋偏振光椭圆偏振光电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆的光，叫椭圆偏振光。xoEyAyAx0第一象限π/2第二象限π-π第三象限-π/2第四象限0右旋左旋2、偏振器件格兰-汤姆逊棱镜制作时使胶合剂的折射率大于并接近e光的折射率，但小于o光折射率，并选取棱镜斜面与直角面的夹角大于o光在胶合面上的临界角，这样o光在胶合面上将发生全反射，并被棱镜直角面上的涂层吸收，而e光由于折射

8、率几乎不变而无偏折地从棱镜出射。············光轴光轴方解石方解石加拿大树胶oe吸收涂层i偏振棱镜当上偏角大于某一值时，o光在胶层上的入射角小于临界角，不发生全反射而部分地透过棱镜；当下偏角大于某一值时，e光折射率增大与o光同时发生全反射，没有光从棱镜射出。当入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱镜时，棱镜的全偏振角或孔径角受到限制。孔径角约为±14º波片也称相位延迟器，能使两个互相