必威体育精装版信息光学2第一章-傅里叶变换光学与相因子分析方法课件.ppt

;什么是光？;自发光物体或间接发光物体依本身的形状、明暗、色彩改变光波的位相、光强、波长等，对光波产生空间调制。

调制与照明光波的性质有关。

相干光照明，空间振幅和位相调制；

非相干光照明，空间强度调制；

部分相干光照明，物体将改变光波场的互相干函数；

白光照明彩色图像或物体，会使某些波长的光吸收或投

射或漫反射，产生空间的波长调制。

物体本身的信息转化为这样一些形式的光信息由光波携带而传递出去。;光学系统可看作收集和传递信息的系统，其作用和通信系统在本质上是相同的。

通信系统信息是时间性：随时间变化的电流和电压信号

光学系统信息是空间性：复振幅或强度的空间分布

在电信理论中，要研究线性网络怎样收集和传输电信号，一般采用线性理论和傅里叶频谱分析方法。

50年代，人们把将电信理论中使用的傅里叶分析方法移植到光学领域而形成新学科。;在光学领域里，光学系统是一个线性系统，也可采用线性理论和傅里叶变换理论，研究光怎样在光学系统中的传播。

两者的区别在于：

电信理论处理的是电信号，是时间的一维函数，频率是时间频率，只涉及时间的一维函数的傅里叶变换；

在光学领域，处理的是光信号，它是空间的三维函数，不同方向传播的光用空间频率来表征，需用空间的三维函数的傅里叶变换。;6.1衍射系统波前变换;1.单色平面波复振幅:;衍射系统;衍射屏;什么是衍射;6.2相位衍射元件——透镜与棱镜;导出屏函数;薄透镜作为相位元件其相位屏函数为;薄透镜傍轴成像公式;棱镜的相位变换函数;棱镜傍轴成像公式;窗函数;6.3波前相因子分析法;两类典型相因子函数：;余弦型环状波带片的衍射场;用一束同波长的平行光正入射，投射波前函数为：;高斯光束经透镜的变换;（2）透镜对高斯光束的变换;6.4余弦光栅的衍射场;制备——两束平行光干涉记录；线性洗印。;余弦光栅的衍射特征;我们运用“相因子判断法”十分简洁地揭示了余弦光栅的衍射特征——三个衍射斑。;余弦光栅的组合;（2）正交密接;设某光栅其屏函数含有两种频率成分：;释疑——余弦光栅衍射的实数处理;6.5夫琅禾费衍射实现屏函数的傅里叶变换;▲频谱概念;-1;平行光正入射，透射波前为：;傅里叶光学的基本思想;6.6超精细结构的衍射——隐失波;衍射隐失波的出现;隐失波的特点：

（1）其波矢一个分量为实数，一个分量为虚数，且为实数的波矢分量的数值大于波矢总量。

（2）其波动性，仅体现在沿界面（结构屏面）x方向的行波，而沿纵深z方向无波动性，且等幅面与等相面正交。;与超临界角时透射产生的隐失波比较;频谱面;;他将物或像看成一系列不同空间频率信息的集合；

成像过程被分为两步：

第一步，衍射——入射光经物面发生夫琅禾费衍射，在后焦面上出现一系列谱斑，即物频谱。

第二步，干涉——谱斑作为新的次波源，即物频谱作为新的波前，发出次波而到达像面，它们相干叠加而形成像。

这是关于相干成像的两步成像理论，称为阿贝成像原理。

它着眼于频谱及频谱的变换——第一步“分频”，第二步“合成”。;Abbe原理的证明——三孔干涉场;代入，并注意到“物像等光程性”，;（1）单频信息ff′依然是单频信息。

而f≠f′，那只是几何上的缩放，这不影响像质。;;▲截止频率fM（估算）;空间滤波概念和空间滤波器;空间滤波实验;屏上无条纹;屏上有细小的亮条纹.．;;▲物为二维正交网格、滤波器为一可转动单缝

Abbe-Porter实验;;6.8光学信息处理列举;理解4F系统——对波前变换的数学描写;推演;这为图像处理提供了一种理论指导。;图像加减;;图像间隔;图像微分;图像微分的数学描写;于是，在4F系统中便输出5幅“原像”：;;标准测试实验;显色滤波（θ调制实验）;黑白胶卷显示彩色图像;6.9泽尼克的相衬法;相衬法原理;(2)若在后焦点（零级谱斑）添加相移滴，;（3）计及0级谱斑的相移——须知，点源的相移将波及整个像面，可谓牵一发而动全身。换句话说，谱面上的点相移将导致与其相应的空间频率信息的相移。

数学描写：;相衬原理的实验演示;弱相位条件下的近似，为了线性调制;;相衬法内涵双光场干涉;相衬法的数值模拟;相位光栅功率谱！！;;;一台实际相衬显微镜的光学系统;6.10相位物可视化的其它光学方法;纹影法;决定谱斑（主极强）的角方位条件：;像场函数：;微分法;离焦法;6.11夫琅禾费衍射的普遍定义与多种装置;2.远场接收装置;这是无透镜远场系统。省了一个透镜自有优点，倘若

实验室长度空间允许的话。;3．平面波照明，后焦面接收。;4．会聚球面波照明，而像面接收;;5．发