- •1.Оптический сигнал и оптическая система
- •2.Интерференция в диффузном свете. Спекл-интерферометрия. Опыт Берча-Токарского
- •3.Оптика спеклов Основные свойства спекл-картины, условия формирования
- •4.Нормально развитая спекл-картина, условия ее наблюдения, контраст спекл-картины, индивидуальный спекл
- •8.Учет дискретности спектра подсвечивающего излучения и направления подсвета
- •9.Многомодовый режим излучения лазера.
- •10.Дифракция частично когерентного излучения на отверстии
- •11. Примеры. Основные свойства преобразования Фурье
- •14.Трансляционная симметрия дифракционной картины
- •17.Обобщенные функции. Свертка. Функция корреляции.
- •21.Распространение взаимной когерентности.
- •23.Пример: Дифракция частично когерентного излучения на щели . Пример: Дифракция частично когерентного излучения на щели
- •24.Фурье-образы наиболее часто встречающихся в оптике двумерных сигналов и их свойства
- •25.Типы оптических систем
- •26.Единство и различие явлений дифракция и интерференция
- •27.Временная когерентность излучения лазера
- •28.Пространственная фильтрация
- •29.Оптический сигнал и его преобразование
- •30.Оптика винтовых полей или сингулярная оптика
- •31.Наиболее часто встречающиеся в оптике специальные функции в связи с применением теории систем и преобразований
- •33.Представление поля в дальней зоне через интеграл Фурье
- •36.Когерентность лазерного излучения
- •37.Оптические системы, операторы, функционалы.
- •38.Основные свойства преобразования Фурье
- •39.Принцип неопределенности в теории оптического сигнала
- •40.Предельная пространственная когерентность излучения одномодового лазера
- •41.Ограничение разрешающей способности оптической системы и информационной емкости оптических сигналов
- •42.Когерентное поле, некогерентное поле
- •43.Квантовая природа электромагнитного излучения
- •44.Контраст дифракционной картины
- •45. Свойства симметрии дифракционной картины
- •46.Квантовая природа электромагнитного излучения.
- •47.Корреляционные функции и когерентность излучения
- •48.Разрешающая сила оптической системы в классическом рассмотрении
- •49.Квантовомеханическая модель дифракции монохроматического излучения на щели
- •50.Геометрическая теория дифракции
- •51.Принцип Бабине
- •52.Световое давление
- •53.Определение преобразования Фурье
- •54.Статистические характеристики когерентных изображений.
- •55.Двумерные функции
- •56.Основные свойства спекл-картины, условия формирования
- •57.Теория когерентных изображений
- •58.Способы устранения спекл-структуры
- •59.Понятие обобщенных функций. Свойства. Операции
- •60.Понятие спекл, объективной и субъективной спекл-картины.
- •61. Контраст изображения
44.Контраст дифракционной картины
Проблема использования стандартного определения понятия контраста ДК связана со спецификой изменения интенсивности: она с одной стороны асимптотически затухает с большой скоростью, причем для разных направлений скорость затухания может отличаться, а с другой стороны изменяется и сам вид ДК. Для характеристики качества ДК необходимо уменьшить количество ее информационных параметров. И, в первую очередь, нужно устранить параметр ДК, связанный со скоростью затухания, что позволит представить ее в более регулярном виде, упростить процесс регистрации и дальнейшего преобразования. Наиболее оптимальными вариантами уменьшения диапазона интенсивностей в ДК являются различные способы оптической пространственной фильтрации.
Наиболее часто закон пропускания фильтра выбирается из условия выравнивания распределения интенсивности в пределах всего регистрируемого спектра. В результате этой операции распределение интенсивности в ДК за фильтром приобретает синусоидальный вид.
Распределение интенсивности в сечении выровненной ДК можно представить в следующем виде
Синусоидальное распределение интенсивности вызывает «перераспределение» энергии в спектре сигнала. Фурье-спектр выровненной ДК имеет две ярко выраженные линии, соответствующие нулевой пространственной частоте и основному периоду выровненной ДК
Спектр выровненного распределения интенсивности уже является интегральной характеристикой сечения ДК и существенно не зависит от числа регистрируемых дифракционных лепестков.
Типовые объекты дифракции, как показано выше, имеют Фурье-спектр, который условно можно представить в виде произведения гармонической функции на функцию, определяющую затухание спектра. Преобразование распределения интенсивности невозмущенной ДК (выравнивание) приводит ее к виду аналогичному распределению интенсивности при интерференции двух плоских волн.
Эту аналогию можно было бы использовать для оценки контраста.
Но, в силу того, что влияние возмущений облучающего поля и вида объекта различным образом сказываются на амплитуде дифракционных порядков, непосредственно использовать выровненный спектр в соответствии с формулой контраста
представляется затруднительным.
В силу специфики образования ДК в ней, в отличие от случая двухлучевой интерференции, нельзя рассматривать контраст по полю и в точке, а можно использовать только интегральную оценку качества ДК. В качестве такой оценки можно использовать амплитуды частот Фурье-спектра выровненной ДК. Фурье-спектр выровненной ДК имеет линейчатую структуру. В нем можно выделить нулевую гармонику и гармонику, соответствующую основному пространственному периоду ДК.
Для оценки величины контраста воспользуемся отношением амплитуд гармоник. Для невозмущенной выровненной ДК, имеющей вид гармонической составляющей умноженной на прямоугольный импульс, амплитуда нулевой гармоники Фурье-спектра в два раза превосходит амплитуду гармоники, соответствующую основному пространственному периоду. Для сохранения общепринятого диапазона изменения величины контраста в интерференционной картине введем множитель, равный двум. Тогда величина контраста будет равна
, где I0 и I1, соответственно амплитуды модуля Фурье-спектра нулевой и основной гармоник Фурье-спектра выровненной ДК (см. рис. 4.1).
Сопоставим величину контраста, получаемую по предлагаемому способу и контраст интерференционной картины в интерферометре Юнга. В интерферометре Юнга степень когерентности поля излучения оценивают по контрасту интерференционной картины, который, как правило, определяют в точке поля. Если интенсивности интерферирующих пучков равны, то степень когерентности поля излучения равна контрасту интерференционной картины (рис. 4.2). Распределение интенсивности при дифракции частично когерентного излучения на двух круглых отверстиях радиуса a
,
где угловой размер источника излучения, d – расстояние между отверстиями, β12 = argμ12, μ12 – степень когерентности.