|
| |
|
Слаботочка Книги где С,= (£<оп)+(£%); с2= (£%„) £%; Сз=(£°сп). Третье слагаемое в (1.70) есть не что иное, как предметная волна Е„р(х, у) со своей амплитудой Е°„р и фазой япр, промодулирован-ная коэффициентом Cs. Если опорная волна плоская, то [Е°оп{х, у)У = 1ои{х, г/) = const и модуляция исчезает: имеем предметную волну, умноженную на некоторый постоянный коэффициент. В этом и заключается сущность восстановления (реконструкции) поля предметной волны. Первое слагаемое в (1.70) -это опорная волна, промодулированная коэффициентом Ci{x, у), второе- волна, также содержащая информацию о предмете, но отличающаяся от предметной волны по фазе (эта паразитная волна в известном роде комплексно сопряжена с предметной волной). При наклонной схеме записи и считывания изображения (см. рис. 1.12) все три волны из уравнения (1.70) расходятся по разным направлениям, так что при фронтальном взгляде на фотопластинку за нею, как показано на рис. 1.12,6, возникает мнимое изображение предмета, ранее записанного на голограмму. При фотографическом процессе на фотопластинке сохраняется информация лишь о распределении интенсивности предметной волны 1пр{х, у) = [Е°пр{х, у)]. Голография принципиально отличается тем, что полностью запоминается структура волнового поля (амплитуда и фаза волны), вследствие чего она обладает рядом замечательных свойств. Рассмотренные в этом параграфе явления и полученные математические соотношения исключительно важны для понимания, расчета и оценки предельных возможностей подавляющего большинства оптоэлектронных приборов и систем: лазеров и свето-диодов, модуляторов и акустооптических дефлекторов, фоточувствительных приборов с зарядовой связью, устройств оптической памяти, интегральной оптики и др. 1.4. ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА Обязательной составной частью практически каждого оптоэлектронного устройства является оптическая система. Это отдельные оптические элементы: линзы, призмы, зеркала, световоды, фильтры; иногда-комбинации этих элементов, составляющие оптические приборы. Нередко оптический элемент как бы встроен в оптоэлектронный прибор: зеркальная чувствительная поверхность фотоприемника, дифракционная решетка в полупроводниковом лазере с распределенной обратной связью, элементы интегральной оптики и т. п. Независимо от вида конкретной реализации оптических элементов в оптоэлектронном приборе его оценка как чисто оптической системы почти всегда обязательна. Более того, очень часто итоговые характеристики оптоэлектронного устройства определяются именно параметрами оптической системы. В наиболее общем виде функциональное назначение оптической системы состоит в передаче (с одновременным преобразованием) информации из пространства предметов в пространство изображений; фактически назначение оптической системы состоит в формировании пространства изображений, адекватного пространству предметов (рис. 1.13). Чаще всего пространство предметов может быгь представлено двухмерным изображением, также приходится иметь дело с трехмерным образом; в некоторых простейших приборах картина сводится к одномерной: линия, светящаяся точка. К числу типичных преобразований, выполняемых оптической системой, относятся увеличение (уменьшение) изображения, изменение его пространственного положения, поворот на тот или иной угол, расщепление и передача по нескольким каналам, изменение характера поляризации светового потока или выделение его отдельных спектральных составляющих и др. Рассматривая оптическую систему оптоэлектронного устройства как «черный ящик», можно определить ее свойства в аспекте решения задач информатики, введя понятие обобщенной аппаратной функции F, которая аналогична широко используемой аппаратной функции линейных измерительных устройств (например, оптических спектральных приборов). Функция представляет собой алгоритм перехода от множества параметров волнового поля в пространстве предметов на входе системы к их множеству на ее выходе в пространстве изображений: (1.71) В радиотехнике и электронике введенное понятие эквивалентно передаточной функции. К числу параметров отдельной волны или луча Oj относятся направление (угол) распространения G, интенсивность /, направление вектора поляризации П (или закон его изменения), начальная фаза я]:, длина волны световых колебании X. Принципиально знание обобщенной аппаратной функции F позволяет решить и обратную задачу перехода от наблюдаемого Пространство изоБрашний Оптическая система  Пространство предпетод. Рис. 1.13. Схематическое представление оптической системы (регистрируемого) пространства изображений к пространству предметов: Приведем примеры. Если оптическая система на рис. 1.13 представляет собой спектральный прибор с аппаратной функцией аЩ, то £=а(Я). При поступлении на вход системы из пространства предметов излучения со спектральной характеристикой /вх(А,) реакция на выходе определится сверткой функций а (Я) и /вх(Я): /вых (Я) = Та (Г - Я) (Я) dl. (1.73) в простейшем случае идеального монохроматора (а=1 при Я = Яо и а=0 при КфКо) f ifrnxiK) при А,=Яо; I о при КфКо- Если оптическая система на рис. 1.13 есть линейный поляризатор, то ее обобщенная аппаратная функция представляет собой просто коэффициент (степень) поляризации, т. е. F=JI. При поступлении на вход естественного света с интенсивностью /евх интенсивность поляризованного света на выходе Точный расчет функции F даже для простых оптических систем представляет очень сложную задачу, нередко неразрешимую, которая в сравнении с электронными системами усугубляется дву-мерностью оптических преобразований. Для достаточно полной характеристики оптической системы используются следующие ее основные параметры и свойства: 1. Апертура или действующее отверстие (зрачок) оптической системы. При попадании излучения в отверстие его преобразование определяется обобщенной аппаратной функцией F. Оптическая система имеет входную и выходную апертуры, которые в общем случае неодинаковы (для конкретности будем иметь в виду лишь входную апертуру). Количественно апертура характеризуется следующими параметрами: линейными размерами зрачка (для круглого зрачка это его диаметр D); угловой апертурой А, определяемой половиной максимального угла конического светового пучка, преобразуемого в системе по -алгоритму; числовой апертурой ЛЛ = П8тЛ, (1.76) где п-показатель преломления в пространстве предметов. Последний параметр входит в большинство расчетных формул. Таким образом, оптическая система выполняет заданные функции лишь в пределах своей апертуры и в некотором смысле по- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [13] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |