应用光学——光学系统设计指南 第十九章 相干光学系统

19.2 相干空间滤波和成象处理利用空间频谱,可以最简单地表达许多在光学成象中进行的运算。在以前的章节(3.2、9.3、9.4、18.1-18.2)中我们已经知道,改变空间频谱是成象过程中的一个主要方法;因此,校正这种改变最好也用这     

全息透镜的特性及其应用

自六十年代激光和全息术发展起来以后,用一个点源的全息图就可以制成全息透镜。由于它的成象原理和制造工艺与普通透镜不同,所以它是一种新型的成象元件。了解全息透镜的成象特性,已是光学设计工作者面临的一个新问题。本文首先结合普通透镜的成象特性,采用光线分析的方法介绍全息透镜的成象原理,物象关系,导出同轴和离轴全息透镜的初级象差公式,透镜的光栅方程。提出了K-矢量闭合和等效透镜的概念,使光学设计工作者无须了解过多的全息学方面的知识,就可以从事这方面的工作。     

一种显示器投影成象系统的彩色图象几何畸变校正方法

显示器投影成象系统是解决数字图象输出的一种设备,它可将显示器荧屏上的图象(可来自数码相机、光盘、计算机等)扩印在普通彩色相纸上.由于光学镜头会产生几何畸变,加之显示器表面有一定弧度,因此成象在相纸上的图象存在着非线性的畸变.本文主要介绍了如何用数字图象处理的方法对显示器投影成象系统的图象进行几何畸变校正,并对其软件实现进行了简单的讨论.     

静电聚焦同心球系统验证电子光学成像系统的时间像差理论

关于动态电子光学成像系统的时间像差理论,计算时间像差系数有两种方法——τ变分法和直接积分法.它们的差别在于：τ变分法计算二级几何时间像差系数必须求解微分方程,而直接积分法仅需进行积分运算.采用静电同心球系统的理想模型对这两种方法的正确 性进行了检验.结果表明：这两种方法求解电子光学成像系统的时间像差系数的结果完全一致,所求得的时间色差系数与理想模型的解析解完全相同,从而证明两种方法是等价并且正确的.通过验证表明,直接积分法的计算更为简便,适于实际系统的计算与设计. 关键词： 阴极透镜 电子光学成像系统 动态电子光学 时间像差理论     

反射式无孔径近场Raman研究(英文)

近场扫描光学显微技术与Raman光谱技术的结合能够在纳米尺度下提供化学 /结构信息 ,这对很多应用都是至关重要的 ,比如硅器件 ,纳米器件 ,量子点及生物样品单分子研究。本文报导了采用无孔径探针的近场Raman研究。我们的系统有两大特征 :1 近场Raman的增强是通过金属探针上的银镀层实现的 ,无需样品准备 ;2 系统在反射模式下工作 ,适用于任何样品。这两点对实际应用是至关重要的。我们首次在实际硅器件上用 1秒积分时间获得了 1维近场Raman映射和 2维近场Raman图象。我们首次展示了由于积分时间短 ,该技术可用于成象用途。因此 ,这是近场扫描Raman研究中的一次巨大进步。此外 ,我们系统中采用的金属探针可同时用于AFM及电学特性成象 ,比如电阻 ,电容 ,这些是器件应用中的重要参数。     

水下电视系统研制中的技术难点及解决方法

水下电视是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收,使光学成象方法在水下环境中的使用受到了限制,同时由于使用环境的特殊性,使水下电视系统的设计和研制较陆上电视系统有更大的难度。本文指出了主要的技术关键及设计与使用水下电视系统时需注意的问题,最后给出了水下电视系统研制的实例。     

光学透镜边缘杂散光的消除

<正> 一、光学透镜边缘杂散光在现代精密光学仪器制造工业中,要想进一步提高各种光学仪器的成象质量,就必须考虑光学系统的杂散光。然而,光学透镜边缘毛面所产生的杂散光是一个很特殊的问题。国内对此常常不够重视,国外则十分注意这一问题。大家知道,一台光学仪器在成象的光学系统中,形成物体的实象时除了成象光线外,还有非成象光线在象面上扩散,这些非成象光线(即杂散光)非常有害。其中很大一部分来自光学透镜边缘毛面,因为光学透镜边缘毛面是用磨料经机械加工形成的一个粗糙表面,当不同波长的光线经过光学仪器的透镜系统时,就会在光学透镜组的毛面发生反射、散射,形成所谓二次和高次杂散光,透镜数目越多,杂散光量也越大,致使象质变坏。如果散杂光严重到足够程度的话,将使光学仪器的鉴别率降低,以致不能有效观察,从而降低了仪器使用效能。有时在实际检验和测量透镜质量时也会     

光学系统成象的相对中心光强度的计算和应用

本文首先论述了相对中心光强度这一象质评价方法的应用。虽然光学传递函数方法现已逐渐推广应用,但相对中心光强度方法对小象差系统仍有重要的应用意义。文中介绍了在光学系统成象的相对中心光强度的计算中的有关问题,计算方法是直接根据相对中心光强度的表示式进行数值积分,而不是象通常那样采用近似表示式。文章最后列举了相对中心光强度方法的一些应用实例。     

光学实验中等高共轴的调节

在普通物理光学实验中,光学元件等高共轴的调节好坏将直接影响成象质量和测量误差,因此,在光学实验中等高共轴的调节是很重要的.下面仅就两个实验为例说明调节方法.一、粗调把实验中所用到的光学元件置放在光具座上,在考虑到这些元件的调节幅度和光源的中心亮度后,确定辅助棒的高度,并依某一端为准来调节各元件间共轴和等高,如图     

电光成象系统中的信息传递——系统等效带宽和信噪比链

根据信息论基本原理,讨论了电光成象系统等效带宽和信噪比链及其在传递图象信息中的作用。列举了若干电光成象器件等效光学带宽与极限分辨力的关系,提出了划分电光成象系统信噪比链各环节的另一种方法,给出了相应的表达式。     

象质评价中的光学传递函数(1)

一、成象系统的一般功能及其质量在常用的光学仪器中,由光学零件组合而成的光学系统,绝大多数都是用来成象的,例如望远系统和摄影系统等,至于这些系统的任务,一般地讲,乃是把物的光强分布转换为象的光强分布。通常物分布是三维的,而象分布则大都位在一个平面内。如果我们认为物分布“坍落”在一个平面上,亦即不考虑物的深度的话,那末,光学成象系统的任务就是完成物平面光强分布到象平面光强分布的转换,这是     

一种新的成象技术——穆斯堡尔成象

穆斯堡尔成象技术是1987 年由美国国家标准局S.J.Norton首先提出的[1].它与X射线成象(又称为CT断层成象)、核磁共振成象(NMR)一样能给出立体图象,虽然现在还不能在医学中应用,但在材料科学研究方面却已显示出广泛的应用前景. 在介绍穆斯堡尔成象之前,先介绍一下NMR成象.由于穆斯堡尔成象与NMR成象都依赖于原子核共振效应,因此它们具有许多相同的特征.NMR成象的原理是:由于原子核共振频率正比于局域磁场强度,因此,当施加一个外磁场于自旋体系时,不同频率的信号对应于实验样品内不同的空间位置.用这种方法可以将不同频率的信号转变为…     

彩虹全息图成象的傅里叶分析

本文用傅里叶光学的观点,对任意限制孔径下虹全息成象过程中的(单色)点扩散函数及传递函数进行了系统的分析,揭示出它们与限制孔径的本质联系,建立起与一般光学成象系统可以类比的统一理论,为极限分辨率和截止频率的计算提供了形式简单、意义明确的数学依据。 关键词：     

存在初级象差下电子和离子光学系统中刘维定理的应用

在电子和离子光学理论(特别是象差理论)中,广泛地应用了矩阵的运算方法。本文讨论了旋转对称电子光学系统与重叠场(环形电场与非均匀磁场的叠加)离子光学系统中存在初级象差下的变换矩阵,证明了这些变换矩阵的行列式数值恒为1.这个普遍结论是刘维定理的具体应用。这对于电子和离子光学象差理论及计算机辅助设计具有一定意义。 关键词：     

光学CT图象重建的数值模拟研究─Kosenbrock坐标轮换法

时间分辨光学CT技术因其对生物组织体的无损性,在生物成象领域引起了广泛的兴趣和研究,已提出许多方案,意在克服由于生物组织体中的多光散射效应所造成的成象障碍.本文简述了基于扩散方程近似的光学CT正向问题有限元解法,提出采用直接搜索优化算法-Rosenbrock坐标轮换法求解时间分辨光学CT中的图象重建问题,给出了基于积分光强和光子平均飞行时间及其加权组合的二维图象重建问题的数值模拟结果,证实了该方法的可行性.     

固体中的弹弹道电子光学

介绍了近年来在高电子迁移率的二维电子气系统中弹道电子输运现象研究所取得的重要进展。在实验中不仅观察到弹道电子可被欧姆接触吸收以及被耗尽区镜面反射的现象，而且能在电、磁场作用下作回旋运动从而实现弹道电子的横向聚集，此外利用它在电子密度突变处被折射（遵循光学中的斯涅耳折射定律）做成弹道电子的透镜以及弹道电子开关的原型。这些实验均揭示固体中的弹道电子具有类似于光的波动性，从而可望出现固体中的弹道电子光学这门新兴学科。     

固体中的弹道电子光学

介绍了近年来在高电子迁移率的二维电子气系统中弹道电子输运现象研究所取得的重要进展。在实验中不仅观察到弹道电子可被欧姆接触吸收以及被耗尽区镜面反射的现象，而且能在电、磁场作用下作避旋运动从而实现弹道电子的横向聚焦，此外利用它在电子密度突变处被折射（遵循光学中的斯涅耳折射定律）做成弹道电子的透镜以及弹道电子开关的原型。这些实验均揭示固体中的弹道电子具有类似于光的波动性，从而可望出现固体中的弹道电子光学这门新兴学科。     

以微机为基础的可编程光学信号处理器

本文介绍一种以微机为基础的实时可编程光学信号处理系统。这种系统采用了磁光空间光调制器(MOSLM)和液晶光阀(LCLV),可以实现各种复杂的光学运算,例如:图象相关、图象相减和矩阵乘法。它的主要优点是可编程和实时寻址能力。这些性能对空间自动化领域中的遥控机器人视觉是十分重要的。本文讨论了实际实现这种系统的设计要求和建议,进行了某些初步实验,目的在于证实这种系统可以用于光学图形识别中的图象相关、IC 芯片检查中的图象相减和用于光计算中的矩阵乘法。     

激光聚变领域高性能条纹相机研究现状与展望

条纹相机（包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机）是一种高时空分辨的诊断设备,在激光惯性约束聚变（ICF）物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点,它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面,重点论述了条纹相机动态范围的判据,分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求,介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展,这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。     

全息透镜的原理及应用

一、全息光学元件发展简史 光学仪器大部分是依据光的反射和折射成象的。把不同的透镜、棱镜和反射镜有机组合,使彼此的象差相互补偿,就构成各种各样的光学仪器。它们基本上能够满足现代科学技术的要求。但是,光除了具有反射和折射性质外还有衍射性质。最早利用光的衍射性质做成的光学元件有菲涅耳波带片,其作用与一块普通的透镜相当,由于它的衍射效率很低,未能实际应用。但激光和全息术的发展,赋予具有较高衍射效率的全息光学元件以新的生命力。全息光学元件与普通透镜一样,能起成象作用。使用这类产品,不仅可获得三维再现图象,还可作为艺术品供人欣赏,更重要的是在某些光学特性方面有着普通光学仪器无法媲美的优越性。例如:美国鹰式战斗机和大黄蜂号强击机上的光学瞄准器,于1980年更新为全息光学系统的平视显示器,这种显示器使战斗机的战术技术性能有了明显的提高。1982年英国、意大利和西德联合研制的旋风战斗机上的瞄准设备,使驾驶员很容易看准敌机和击中目标。英国研制出的另一个全息产品是头盔夜视仪,利用这种仪器在微弱的星光下能够看清一公里远