Короленкo П.В. Оптика когерентного излучения (1095919), страница 28
Текст из файла (страница 28)
4.4.2).Световой пучок от лазера 1, пройдя формирующий телескоп, образованный линзами 4и 5, и отразившись от гибкого зеркала 6, выходит из системы, имея изначально плоскийволновой фронт 8. Пройдя область со случайными неоднородностями (в частности, этоможет быть турбулентная атмосфера) вблизи мишени 9 волна будет иметь значительновозмущенный фронт 10. Часть энергии, отразившись от мишени в виде сферическойволны, которая в данной оптической системе будет играть роль опорного пучка. Кфокусатору этот пучок подойдет с сильно искривленным волновым фронтом 11.Степень отклонения этого фронта от фронта плоской волны определяется от датчикафазы 3, излучение на который подается при помощи светоделительной пластины 7.Датчик фазы, представляющий собой интерферометрическое или голографическоеустройство, регистрирует фазовый профиль, пришедшей от мишени волны.Поступающая от датчика фазы информация перерабатывается ЭВМ 2 и в видеуправляющих сигналов подается на гибкое зеркало.
Это приводит к формированию навыходе фокусатора волны с обращенным (фазово-сопряженным) по отношению копорному пучку фронтом 12. При распространении этой волны фазовыенеоднородности будут компенсироваться. В результате излучение полностьюсфокусируется на мишени.4.5. Оптические элементы для анализа и формирования поперечного составаизлучения [1]Оптические элементы этого класса позволили решить целый ряд практическиинтересных задач, связанных с задачами анализа и формирования поперечно-модовогосостава лазерного излучения.
Как известно, каждой моде соответствует известнаяматематическая функция двух переменных. Многомодовое излучение падает натранспарант, пропускание которого определяется функцией. Компьютерформирует в своей памяти двумерный массив чисел, соответствующих моде с номеромk, а фотопостроитель переводит числа в значения оптической плотности нафотоматериале.
В результате получаем набор плоских оптических элементов,соответствующих различным модовым функциям. Используя их как оптическиеэлементы, можно построить прибор для анализа и формирования поперечно-модовогосостава излучения. Рассмотрим принцип действия анализатора. Многомодовоеизлучение падает на транспарант, пропускание которого определяетсяфункцией. Интенсивность света в фокусе выходной линзы при этом равнаинтенсивности k-й моды.
Меняя транспаранты, можно измерить интенсивностьразличных мод и таким образом решить задачу определения поперечного состава. Напрактике на одном оптическом элементе с использованием голографического методаможно записать сразу несколько модовых функций. При освещении такоготранспаранта многомодовым излучением одномоментно в различных точках фокальнойплоскости линзы измеряется интенсивность различных мод.
Описанный оптическийэлемент подобен дифракционной решетке, разделяющей по углам излучение различныхдлин волн. Однако в данном случае решается гораздо более серьезная задача: по угламразделяются поперечно-модовые составляющие излучения. Имея набор оптическихэлементов, согласованных с модовыми функциями, можем решить также и задачуформирования требуемого поперечно-модового состава лазерного излучения. Какпрактически использовать выше означенные возможности? Поскольку прираспространении излучения в волоконном световоде (ВОЛС) поперечно-модоваяструктура его обладает устойчивостью, имеется возможность уплотнить каналпередачи информации.
Для этого нужно использовать в качестве переносчиковсообщения колебания, соответствующие различным поперечным модам. Числоодновременно возбуждаемых на входе ВОЛС колебаний может составлять отнескольких единиц до нескольких десятков. Каждое колебание-переносчик несет своесообщение и распространяется по волоконному световоду независимо от другихпереносчиков. На выходе ВОЛС проводится анализ поперечно-модового составаизлучения и индивидуальная демодуляция сообщения в каждой из выделяемых мод.Пропускная способность ВОЛС при модовом уплотнении резко возрастает. При этомусложнение аппаратуры связи, особенно на приемном конце, не очень существенно.Теперь уместным будет обсудить физический смысл поперечно-модовых разложенийизлучения и ответить на вопрос: "Являются ли поперечные моды выдумкойматематиков или же действительно излучение в неоднородной среде состоит измножества мод?"Аналогичный вопрос ставился в дискуссии о природе белого света: "В самом деле всолнечном свете есть монохроматические волны различного цвета или мы толькоматематически выражаем этот процесс суммой синусоид?" Современная точка зренияна последний вопрос состоит в том, что спектральное разложение приобретаетконкретный физический смысл при взаимодействии излучения со спектральнымприбором.
В этом случае оно оказывается физически адекватным представлением,соответствующим сущности физической задачи. Точно так же и разложение излученияпо модам становится физически адекватным и целесообразным при взаимодействииизлучения с анализатором мод. Примечательно, что этот шаг удалось сделать только наоснове применения компьютера.В природе нам не известны генераторы эталонных поперечных мод, подобныегенераторам монохроматического излучения. Отсутствуют также оптические элементы,подобные призмам и дифракционным решеткам, но предназначенные для проведенияпоперечно-модового анализа.
Таким образом, компьютерная оптика восполняетсущественный пробел путем создания искуcственных эталонов физических величин поих математическим моделям. Вполне возможно, что в дальнейшем будут открытыновые физические явления и созданы соответствующие приборы без применениякомпьютеров. Однако, это уже ни в коей мере не повлияет на оценку роликомпьютерной оптики в задаче анализа и формирования поперечно-модового составаизлучения.4.6.
Цифровая обработка полей в оптических системах [10-13]Важнейшей задачей оптики всегда было повышение качества и информационнойпроизводительности оптических приборов. В настоящее время современная оптикоэлектронная техника, по существу, решила проблему формирования изображенийвысокого качества и большой информационной емкости для большинствапрактических задач. Важнейшей стала проблема эффективности использованиязаключенного в них огромного объема информации, т.е. проблема обработкиизображений, голограмм и интерферограмм.Фундаментальным методом решения этой проблемы является развитие на основетеории информации и теории сигналов информационных аспектов теории оптическогоизображения, оптических систем и привлечение современных методов обработкисигналов, из которых важнейшими в настоящее время являются средствакомпьютерной техники. Оптические приборы с вычислительными устройствами теперьусиливают не только оптические свойства зрения, но и его аналитическиевозможности.
Это привело к тому, что в рамках общего научного направленияобработки оптических полей сформировалась еще одна дисциплина, называемаяиконикой. В настоящее время иконика объединяет теоретические и экспериментальныеисследования, направленные на всестороннее изучение свойств изображений в "теснойувязке" их со зрительным восприятием.Техническое обеспечение процедуры компьютерной обработки оптических полейпомимо персональных и специализированых компьютеров включает сканеры, ПЗСматрицы, телекамеры и т.п.
На начальных этапах компьютерная оптика заимствовалаэти устройства из других областей, таких как машинная графика и автоматизированноепроектирование. Но в последнее время стали создаваться и получили широкоераспространение специализированные технические средства компьютерной оптики,среди которых особое место занимают параллельные процессоры для обработкимногомерных сигналов.4.6.1. Виды обработки оптических полейКак научное направление, обработка оптических полей соприкасается с другимиветвями информационных и компьютерных наук - с распознаванием образов,искусственным интеллектом, компьютерным зрением, телевидением, интроскопией,акустоскопией, радиоголографией, томографией.
Задачи, решаемые в рамках данногонаправления, можно классифицировать следующим образом.Cинтез изображений по сигналам, получаемым с датчиков физических полей. Этозадача цифровой обработки сигналов датчиков, направленная на их преобразование вформу, пригодную для визуализации. Сюда, например, относится томографическийсинтез, цифровое восстановление акустических и радиоголограмм, формированиеизображений в оптических и других системах с кодированной апертурой и т.д.Коррекция искажений.
Это задача компьютерной обработки искаженногоизображающей системой или датчиком изображения или сигнала, направленная наполучение изображения (сигнала), соответствующего выходу идеальнойизображающей системы. Такова, например, обработка изображения для повышения егорезкости и подавления случайных помех.Препарирование изображений. Идеальная изображающая система не обязательно даетизображение, наилучшим образом отвечающее требованиям конкретной задачивизуального анализа и выделения информации, поскольку требования к идеальнымхарактеристикам практически являются компромиссом между требованиями широкогокласса задач. Для отдельных конкретных задач могут потребоваться дополнительныепреобразования сигнала, облегчающие визуальный анализ путем подчеркивания однихособенностей и деталей изображения и устранения других, измененияпространственных соотношений, измерения и визуализации количественныххарактеристик и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
