Пространственный фильтр - Spatial filter
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Июль 2017 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
А пространственный фильтр это оптическое устройство, в котором используются принципы Фурье-оптика изменить структуру луча света или другого электромагнитное излучение обычно последовательный лазер свет. Пространственная фильтрация обычно используется для «очистки» выходного сигнала лазера, удаления аберраций в луче, вызванных несовершенной, грязной или поврежденной оптикой, или из-за изменений в лазере. получить средний сам. Эта фильтрация может применяться для передачи чистого поперечная мода от многомодового лазера, блокируя другие моды, излучаемые оптический резонатор.[1][2] Термин «фильтрация» указывает на то, что желательные структурные особенности исходного источника проходят через фильтр, в то время как нежелательные особенности блокируются. Устройство, которое следует за фильтром, эффективно видит более качественное, но менее мощное изображение источника вместо фактического источник напрямую. Пример использования пространственного фильтра можно увидеть в расширенной настройке микро-рамановской спектроскопии.
При пространственной фильтрации линза используется, чтобы фокус луч. Потому что дифракция, луч не идеальный плоская волна не будет фокусироваться на одном месте, а создаст узор из светлых и темных областей в фокальная плоскость. Например, несовершенный луч может образовывать яркое пятно, окруженное серией концентрических колец, как показано на рисунке справа. Можно показать, что этот двумерный паттерн является двумерным преобразование Фурье поперечной интенсивность распределение. В этом контексте фокальную плоскость часто называют преобразовать плоскость. Свет в самом центре трансформируемого рисунка соответствует идеальной широкой плоской волне. Другой свет соответствует «структуре» в луче, при этом свет дальше от центрального пятна соответствует структуре с более высокой пространственная частота. Узор с очень мелкими деталями будет давать свет очень далеко от центральной точки трансформируемой плоскости. В приведенном выше примере большое центральное пятно и окружающие его световые кольца обусловлены структурой, возникающей при прохождении луча через круговой отверстие. Пятно увеличивается, потому что луч ограничен апертурой до конечного размера, а кольца относятся к острым краям луча, создаваемым краями апертуры. Этот паттерн называется Воздушный узор, после его первооткрывателя Джордж Эйри.
Изменяя распределение света в плоскости преобразования и используя другую линзу для преобразования коллимированного луча, можно изменить структуру луча. Наиболее распространенный способ сделать это - разместить в луче отверстие, которое позволяет желаемому свету проходить, но блокирует свет, который соответствует нежелательной структуре в луче. В частности, небольшое круглое отверстие или "точечное отверстие "проходящий только через центральное яркое пятно может удалить почти всю тонкую структуру луча, создавая гладкий поперечный профиль интенсивности, который может быть почти идеальным. гауссов луч. С хорошей оптикой и очень маленьким отверстием можно даже аппроксимировать плоскую волну.
На практике диаметр проема выбирается исходя из фокусное расстояние линзы, диаметра и качества входящего луча и его длина волны (более длинные волны требуют больших апертур). Если отверстие слишком маленькое, качество луча значительно улучшается, но мощность сильно сокращается. Если отверстие слишком большое, качество луча не может быть улучшено так, как хотелось бы.
Размер апертуры, которую можно использовать, также зависит от размера и качества оптики. Чтобы использовать очень маленькое отверстие, необходимо использовать фокусирующую линзу с низким f-число, и в идеале линза не должна добавлять значительных аберрации к балке. Конструкция такой линзы становится все более сложной по мере уменьшения числа f.
На практике наиболее часто используемой конфигурацией является использование объектив микроскопа для фокусировки луча и отверстие, сделанное путем пробивки небольшого точного отверстия в куске толстой металлической фольги. Такие сборки имеются в продаже.
Сферические волны
За счет исключения второй линзы, которая преобразует коллимированный луч, апертура фильтра близко приближается к интенсивному точечному источнику, который производит свет, который приближается к сферический волновой фронт. Меньшая апертура обеспечивает более близкое приближение к точечному источнику, что, в свою очередь, создает более близкий к сферическому волновой фронт.
Смотрите также
- Köhler освещение, который применяет пространственную фильтрацию к некогерентному свету для микроскопии
- Камеры-обскуры
Рекомендации
- ^ «Понимание пространственных фильтров». Сайт Edmund Optics. Эдмунд Оптикс. Получено 13 января 2014.
- ^ «Пространственные фильтры». Веб-сайт Ньюпорта. Ньюпорт. Получено 13 января 2014.