Пространственная фильтрация

Демонстрация пространственной фильтрации оптического спектра не только дает представление о трансформации пространственного распределения интенсивности при распространении света, но и знакомит студентов с новой быстро развивающейся областью физики и техники – оптической обработкой информации.

Оптическая схема установки для рассматриваемой демонстрации изображена на рис. 8.32. Лазерный пучок освещает сетку из тонких взаимно перпендикулярных проволочек (диаметр проволочек 0,1 мм, ячейка сетки 0,5 х 0,5 мм). Линза служит для получения изображения сетки на экране, которое телекамерой через мультимедиапроектор передается на демонстрационные экраны (рис. 8.33а). Фраунгоферовский спектр сетки, получающийся в фокальной плоскости F линзы, имеет характерный вид «креста», причем горизонтальная составляющая спектра соответствует дифракции на вертикальных проволочках, а вертикальная составляющая – на горизонтальных проволочках.

Рис. 8.32. Демонстрационная установка по пространственной фильтрации.

Фраунгоферовский спектр сетки можно показать отдельно, поместив в фокальную плоскость линзы белый экран и направив на него объектив второй телекамеры.

Если теперь с помощью щели перекрыть горизонтальный (вертикальный) компонент фраунгоферовского спектра («креста»), то в изображении сетки пропадут вертикальные (рис. 8.33б) и, соответственно, горизонтальные (рис. 8.33в) полоски.

а) б) в)

Рис. 8.33. Пространственная фильтрация.

Вместо сетки на пути лазерного пучка можно пометить другие преграды, например, букву на фоне «шума» или два пространственно неразделенных объекта. Перекрывая в фокальной плоскости линзы те или иные спектральные компоненты преграды, можно получить изображение части преграды, соответствующей пропущенной части спектра: «очистить» букву от «шума», выделить один из пространственно неразделенных объектов и т. д.

Примером пространственной фильтрации может служить система объектив-диафрагма для получения однородного по сечению лазерного пучка. Пространственное распределение интенсивности пучка, прошедшего только объектив, изображено на рис. 8.34а. Неоднородность пространственного распределения объясняется наложением на «чистую» основную моду излучения лазера «шума», обусловленного дифракцией излучения на различных неоднородностях (например, на пылинках, царапинах и т. п.).

а) б)

Рис. 8.34. Пространственная фильтрация лазерного излучения.

В фокальной плоскости объектива фраунгоферовский спектр основной моды сосредоточен около фокуса, в то время как спектр «шума» размазан в более широкой области около этого фокуса. Поэтому помещением в фокальной плоскости объектива малой диафрагмы и достаточно точной ее юстировкой можно добиться в основном прохождения излучения, соответствующего основной моде лазера, которое имеет однородное (гауссово) распределение интенсивности по сечению пучка (рис. 8.34б).

Дата добавления: 2014-01-04