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光学信息技术原理及应用课后重点习题答案
光学信息技术原理与应用
第一章 习题解答
已知不变线性系统的输入为 ,系统的传递函数。若b取(1)(2),求系统的输出。并画出输出函数及其频谱的图形。
答:(1) 图形从略,
(2) 图形从略。
1.2若限带函数的傅里叶变换在长度为宽度的矩形之外恒为零,
如果,,试证明
证明:
如果, ,还能得出以上结论吗?
答:不能。因为这时。
对一个空间不变线性系统,脉冲响应为
试用频域方法对下面每一个输入,求其输出。(必要时,可取合理近似)
(1)
答:
(2)
答:
(3)
答:
(4)
答:
1.4 给定一个不变线性系统,输入函数为有限延伸的三角波
对下述传递函数利用图解方法确定系统的输出。
(1)
(2)
答:图解方法是在频域里进行的,首先要计算输入函数的频谱,并绘成图形
方括号内函数频谱图形为:
图1.4(1)
图形为:
图 1.4(2)
因为的分辨力太低,上面两个图纵坐标的单位相差50倍。两者相乘时忽略中心五个分量以外的其他分量,因为此时的最大值小于0.04%。故图解频谱结果为:
图 1.4(3)
传递函数(1)形为:
图 1.4(4)
因为近似后的输入函数频谱与该传递函数相乘后,保持不变,得到输出函数频谱表达式为:
其反变换,即输出函数为:
该函数为限制在区间内,平均值为1,周期为3,振幅为1.37的一个余弦函数与周期为1.5,振幅为0.342的另一个余弦函数的叠加。
传递函数(2)形为:
图 1.4(5)
此时,输出函数仅剩下在及两个区间内分量,尽管在这两个区间内输入函数的频谱很小,相对于传递函数(2)在的零值也是不能忽略的,由于
可以解得,通过传递函数(2)得到的输出函数为:
该函数依然限制在区间内,但其平均值为零,是振幅为0.043,周期为0.75,的一个余弦函数与振幅为0.027,周期为0.6的另一个余弦函数的叠加。
1.5 若对二维函数
抽样,求允许的最大抽样间隔并对具体抽样方法进行说明。
答:
也就是说,在X方向允许的最大抽样间隔小于1/2a,在y方向抽样间隔无限制。
1.6 若只能用表示的有限区域上的脉冲点阵对函数进行抽样,即
试说明,即使采用奈魁斯特间隔抽样,也不能用一个理想低通滤波器精确恢复。
答:因为表示的有限区域以外的函数抽样对精确恢复也有贡献,不可省略。
第二章 习题解答
一列波长为的单位振幅平面光波,波矢量与轴的夹角为,与轴夹角为,试写出其空间频率及平面上的复振幅表达式。
答: , ,
尺寸为a×b的不透明矩形屏被单位振幅的单色平面波垂直照明,求出紧靠屏后的平面上的透射光场的角谱。
答: , ,
波长为的单位振幅平面波垂直入射到一孔径平面上,在孔径平面上有一个足够大的模板,其振幅透过率为,求紧靠孔径透射场的角谱。
答::
参看图2.13,边长为的正方形孔径内再放置一个边长为的正方形掩模,其中心落在点。采用单位振幅的单色平面波垂直照明,求出与它相距为的观察平面上夫琅和费衍射图样的光场分布。画出时,孔径频谱在方向上的截面图。
图2.4题
答:
图2-14所示的孔径由两个相同的矩形组成,它们的宽度为,长度为,中心相距为。采用单位振幅的单色平面波垂直照明,求与它相距为的观察平面上夫琅和费衍射图样的强度分布。假定及,画出沿和方向上强度分布的截面图。如果对其中一个矩形引入位相差,上述结果有何变化?
图 题2.5 (1)
答:如图所示,双缝的振幅透射率是两个中心在及的矩形孔径振幅透射率之和:
(1)
由于是单位振幅平面波垂直照明,孔径平面上入射光场
,
透射光场
(2)
由夫琅和费衍射方程,在夫琅和费区中离孔径距离z的观察平面上得到夫琅和费衍射图样,它正比于孔径上场分布的傅立叶变换式(频率坐标),即
(3)
利用傅立叶变换的相移定理,得到
把它带入(3)式,则有
强度分布
不难看出,这一强度分布是矩孔径衍射图样和双光束干涉图样相互调制的结果。
双缝的振幅透射率也可以写成下述形式:
(4)
它和(1)式本质上是相同的。由(4)式可以利用卷积定理直接求出其傅立叶变换式,导出与上述同样的结果。代入所给条件b=4a,d=1.5a
沿x轴,此时
中心光强:I(0,0)=8a2
极小值位置为:
方向上强度分布的截面图示意如下:
图 题2.5 (2)
沿y轴:
此时,故
中心光强:I(0,0)=8a2
极小值位置:
方向上强度分布的截面图示意如下:
图 题2.5 (3)
由于是单位振幅平面波垂直照明,孔径平面上入射光场
,
透射光场,b
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