Математическая модель измерительной системы

Рефераты, курсовые, дипломные, контрольные (предпросмотр)

Тип: Реферат. Файл: Word (.doc) в архиве zip. Категория: Технологии, Математика
Адрес этого реферата http://referat-kursovaya.repetitor.info/?essayId=4596 или
Загрузить
В режиме предпросмотра не отображаются таблицы, графики и иллюстрации. Для получения полной версии нажмите кнопку «Загрузить». Рефераты, контрольные, дипломные, курсовые работы предоставляются в ознакомительных целях, не для плагиата.
Страница 1 из 2 [Всего 2 записей]1 2 »

Оптическая система КОС, выполненная по схеме "входной транспарант перед фурье-объективом", состоит из ряда последовательно расположенных вдоль оптической оси узлов: источник когерентного излучения, входной транспарант, фурье-объектив, фоторегистратор спектра (рис.2).

В такой системе, для получения высококонтрастного и сфокусированного изображения исследуемого сигнала, источником когерентного излучения является точечный источник, излучаемое поле которого описывается функцией: (5.1), где А0-амплитуда световой волны источника; - дельта-функция Дирака. Кроме того, в оптике принято считать источник точечным, если его размеры в десять и более раз меньше растояния до оптической системы, что обычно всегда имеет место на практике для КОС.

Тогда, распределение поля в плоскости х1у1 согласно принципу Гюйгенса-Френеля, будет описываться выражением :

(5.3), где - оператор преобразования Френеля ; СФ- комплексная постоянная, равная . Если в плоскости х1у1 помещен пространственный транспарант с амплитудным коэфициентом пропускания , являюшийся записью исследуемого сигнала, то распределение поля за транспарантом может быть описано как

(5.2).

Применив принцип Гюйгенса-Френеля (5.3), можно определить распре-деление светового поля в плоскости х2у2 перед фурье-объективом, а поле за ним - применив (5.2).

Таким образом, распределение поля в плоскости х3у3 анализа будет описываться :

(5.4), где - оператор Френеля для преобразования поля на i-м участке свободного пространства толщиной li.

Рассмотрим последовательно распостранение когерентной световой волны в оптической системе КОС, представленной на рис. 2.

Подставив (5.1) в (5.3), определим распределение светового поля во входной плоскости х1у1 перед транспарантом

, где (5.5).

Выражение (5.5) получено с использованием фильтрующего свойства дельта-функции и описывает расходящуюся сферическую волну в плоскости х1у1 перед входным транспарантом в параксиальном приближении. Исполь-зование фильтрирующего свойства -функции допустимо в силу пространственной инвариантности рассматриваемой параксиальной области оптической системы. Такое допущение обычно всегда имеет место на прак-тике, поскольку для уменшения влияния аберраций оптической системы на качество фурье-образа, используют лишь ее центральную часть - параксиальную область.

Определив распределение поля за входным транспарантом c ис-пользованием (5.2), поле во входной плоскости фурье-объектива, согласно принципу Гюйгенса-Френеля, можно представить как

(5.6), где - постоянный фазовый коэфициент Френеля; S1 -область интегрирования по аппертуре входного транспаранта.

Распределение поля в плоскости х2у2 за фурье-объективом, согласно (5.2) будет

(5.7), а подставив (5.6) в (5.7) с учетом (5.3), распределение поля в плоскости х3у3 анализа можно представить в виде :

(5.7),

где (5.8).

Поскольку переменные х1, у1 и х2, у2 интегрирования, в полученном выражении (5.7), являются величинами взаимонезависимыми, то их можно поменять местами, а (5.7) примет вид:

(5.9),

где (5.10), а - функция зрачка фурье-объектива, удовлетворяющая условиям (5.10) финитности в области .

Для анализа выражения (5.9), рассмотрим отдельно внутренний интеграл, который описывает суперпозицию светового поля по входной апертуре фурье-объектива и группируя совместно одинаковые экспотенциальные сомножители, упростим его. Формальное увеличение пределов интегрирования по входной апертуре фурье-объектива до бесконечности возможно, поскольку размеры входного транспаранта всегда на мно-го меньше аппертуры фурье-объектива, а также чем требуется по усло-виям параксиальности Френеля и условию (5.10) финитности функции зрачка фурье-объектива. Поэтому дифракционное изображение сигнала в плоскости х3у3 анализа ограничено не апертурой фурье-объек-тива, а апертурой входного транспаранта. Это влияние уменшается, чем ближе расположен входной транспарант к фурье-объективу, т.е. чем меньше растояние , что обычно всегда выполняется на практике. Учитывая это можно записать в пределах области интегрирова-ния

(5.11).

Выражение (5.11) содержит два взаимонезависимых подобных интегра-ла и , каждый из которых может быть вычислен с использованием табличного интеграла вида :

(5.12). Применив (5.12) к (5.11), но предварительно обозначив через

, и (5.12), выражение (5.11) можно представить в виде :

(5.13).

Подставив (5.13) в (5.9) получим

(5.14).

Выражение (5.14) описывает пространственное распределение комплексных амплитуд светового поля в плоскости х3у3 спектрального анализа и содержит ряд взаимонезависимых квадратичных фазовых сомножителя, по-ле в плоскости х3у3 является фурье-образом поля в плоскости х1у1 за входным транспарантом с пространственными частотами и , равными , и (5.15)

Подинтегральный квадратичный сомножитель в выражении (5.14) для распределения поля в плоскости х3у3 анализа

(5.16), при

(5.17)

Решив уравнение (5.17) относительно определим

(5.18).

Полученное уравнение (5.18) представляет собой известное условие Гауса о фокусировке оптической системы, согласно

(5.19)

Таким образом, только при условии фокусировки оптической системы, представленной на рис.2, в ней осуществляется спектральное преобразование Фурье, формируемое в плоскости х3у3, над сигналом , помещенным во входной плоскости х1у1. Однако, фурье-образ сигнала содержит квадратичную модуляцию фазы волны из-за наличия фазового сомножителя, стоящего перед интегралом в выражении (5.14). Наличие фазовой модуляции фурье-образа приводит к тому, что при регистрации его методами голографии в результирующей интерферограмме возникают дополнительные аберрации, значительно влияющие на его качество. Эта модуляция также имеет важное значение и не может быть опущена в случае дальнейших преобразований деталями оптической системы фурье-образа сигнала . Однако, квадратичная модуляция фазы фурье-образа может быть устранена при соответствующем выборе геометрических параметров оптической системы, т.е.

(5.20) при (5.21).

Решив уравнение (5.21) относительно находим

(5.22) при =0, либо .

Таким образом, квадратическая фазовая модуляция фурье-образа устра-нима лишь в двух случаях:

" при размещении сигнального транспаранта в передней фокальной плоскости фурье-объектива, что полностью совпадает с полученными ранее результатами исследований, но лишь для КОС с плоской вол-ной во входной плоскости, т.е. при .

" при , т.е. плоскость х3у3 спектрального анализа должна совпадать с плоскостью х2у2 размещения фурье-объектива, что физически нереализуемо в оптической системе, согласно условию Гауса.

Учитывая (5.16) и (5.20) выражение (5.14) можно представить в виде:

(5.23),

откуда видно, что квадратичные фазовые искажения фурье-образа (5.14) сигнала устранимы не только при освещении входного транспаранта плоской, но и сферической волной при выполнении условий (5.18 ) и (5.22).

Выходной электрический сигнал ФИС представляет собой решение известной в оптике задачи о набегании светового пятна, распределение освещенности в котором описывается выражением:

, на узкую щеле-вую диафрагму вдоль координаты х3. Наиболее общим методом решения подобных задач является вычисление интеграла свертки функции освещенности с функцией пропускания полевой диафрагмы ФИС, равной:

(5.24), где - ширина щели вдоль координаты х3, - высота щели вдоль координаты у3.

Распределение комплексных амплитуд световой волны в плоскости х3у3 анализа КОС описывается выражением (5.23) и является пространственно-частотным фурье-образом входного сигнала т.е.

Из уравнений Максвелла для электромагнитной волны следует, что энергия преносимая волной, пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электромагнитного поля, т.е.

RSSСтраница 1 из 2 [Всего 2 записей]1 2 »


При любом использовании материалов сайта обязательна гиперссылка на сайт «Репетитор».
Разработка и Дизайн компании Awelan
www.megastock.ru
Проверить аттестат