《2021-2022学年高二物理竞赛课件：信息光学.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：信息光学.pptx（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、信息光学12 1.阿贝阿贝 波特实验波特实验 物面物面网格网格透镜透镜空间频谱空间频谱像方焦面像方焦面像平面像平面像像L 空间涉谱是夫琅禾费衍射图样。像是空间频谱亮点空间涉谱是夫琅禾费衍射图样。像是空间频谱亮点作为子波源在像平面上相干叠的结果，这便是作为子波源在像平面上相干叠的结果，这便是阿贝阿贝二次衍射成像原理二次衍射成像原理。根据惠更斯根据惠更斯 菲涅耳原理可以证明，菲涅耳原理可以证明，空间频谱上的空间频谱上的复振幅分布是物面透射光的复振幅分布的傅里叶变复振幅分布是物面透射光的复振幅分布的傅里叶变换，也就是说，空间频谱反映了物面透射光波的傅换，也就是说，空间频谱反映了物面透射光波的傅里叶展
2、式中各分量的频率和强度里叶展式中各分量的频率和强度。实验装置如图实验装置如图 32.空间滤波和空间滤波和4f 系统系统 用栏截物放置在空间频谱面上，遮挡空间频谱中的用栏截物放置在空间频谱面上，遮挡空间频谱中的某些频率的分量，以改变像的性质，称为某些频率的分量，以改变像的性质，称为空间滤波空间滤波，用于遮挡的器具，称为用于遮挡的器具，称为空间滤波器空间滤波器。举例说明：举例说明：水平狭缝仅让一行水平亮点水平狭缝仅让一行水平亮点通过，像为坚直方向的光栅。通过，像为坚直方向的光栅。竖直狭缝仅让一行坚直亮点竖直狭缝仅让一行坚直亮点通过，像为水平方向的光栅。通过，像为水平方向的光栅。小圆孔仅让中心亮点通
3、过，二维像消失，变成一小圆孔仅让中心亮点通过，二维像消失，变成一片均匀亮度的光场。若孔径增大，中心亮点及其周片均匀亮度的光场。若孔径增大，中心亮点及其周围的四个亮点通过。围的四个亮点通过。4圆盘挡住中心亮点，像是亮暗颠倒的。圆盘挡住中心亮点，像是亮暗颠倒的。空间滤波给我们带来了十分诱人的奇特效果，光空间滤波给我们带来了十分诱人的奇特效果，光学信息处理正是由此发展起来的。学信息处理正是由此发展起来的。近代光学信息处理系统近代光学信息处理系统 4f 系统的装置系统的装置。物平面物平面频谱面频谱面像平面像平面L1L2ffff近代光学信息处理的应用：近代光学信息处理的应用：1.对光学图像信息的处对光学
4、图像信息的处理，如照片、底片、画面等。理，如照片、底片、画面等。2.对非光学信息的对非光学信息的处理，如电信号、机械信号、语言信号、热信号等。处理，如电信号、机械信号、语言信号、热信号等。5全息照相全息照相 波前全息记录和物光波前重现波前全息记录和物光波前重现 物体发出物体发出(或反射或反射)的光称为的光称为物光物光，物光包含的全部，物光包含的全部信息有信息有：由波长所描绘的由波长所描绘的颜色颜色，由振幅所确定的，由振幅所确定的光光强度强度，由相位所表由相位所表示的示的振动状态振动状态。反射镜反射镜参考光参考光R感光胶片感光胶片物光物光O物物反射镜反射镜激光器激光器扩束器扩束器分光板分光板普通
5、照相，仅记录普通照相，仅记录 光强度和颜色。光强度和颜色。（平面照片）（平面照片）全息照相，同时记全息照相，同时记录振幅和相位。录振幅和相位。（立体形象）（立体形象）6反射镜反射镜参考光参考光R感光胶感光胶片片物光物光O物物反射镜反射镜激光器激光器扩束器扩束器分光板分光板感光胶片感光胶片上上记录记录了了参考光参考光R与与物光物光o相干叠加的干涉图相干叠加的干涉图样，与原物的形象不同，却样，与原物的形象不同，却携带了物光波前上各点的全携带了物光波前上各点的全部信息，故称部信息，故称全息图全息图。此记录过程称为此记录过程称为波前的全息波前的全息记录记录。重现的物光重现的物光全息图全息图照明光照明光
6、C像像 利用全息图将物体的形象利用全息图将物体的形象重新显现出来的过程，称为重新显现出来的过程，称为物光波前重现物光波前重现。人眼看到的形象是波前所人眼看到的形象是波前所产生的虚像。产生的虚像。7特点特点：若全息图被打碎成多块碎片，其中的一片碎：若全息图被打碎成多块碎片，其中的一片碎 片片就可就可重现原物的完整形象重现原物的完整形象。全息照相原理全息照相原理 理论保证：惠更斯理论保证：惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理菲涅耳菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式基尔霍夫衍射积分公式）S 原物不存在时原物不存在时任意一点任意一点P的光振动由波前上的的光振动由波前上的复振幅分布惟一确定，这在数学复振幅分布惟一确定
7、，这在数学上称为上称为无源空间的边值定解无源空间的边值定解。S原物存在时原物存在时）8波前的全息记录是用干涉方法获得的。波前的全息记录是用干涉方法获得的。物光物光O：参考光参考光R：两者相干叠加，在波前上产生的光强分布为两者相干叠加，在波前上产生的光强分布为 全息图以干涉图样形式记录波前光强的分布全息图以干涉图样形式记录波前光强的分布I(x,y)。透光率函数透光率函数 与光强分布与光强分布I(x,y)成线性关系，即成线性关系，即 9设照明光与参考光相同，即设照明光与参考光相同，即 设照明光与参考光相同，即设照明光与参考光相同，即 式中：第一项式中：第一项 代表照明光代表照明光C C，称为，称为
8、0 0级波。级波。第二项第二项 受受 调制的照明光，表现为噪声信息，调制的照明光，表现为噪声信息，处于处于0 0级波附近。级波附近。第三项第三项 与物光成正比，称为与物光成正比，称为 1 1级波，此光是级波，此光是 发散光，可重现原物的虚像。发散光，可重现原物的虚像。第四项第四项 正比于正比于 ，称为，称为 1 1级波，此光是会聚级波，此光是会聚 光，可形成实像。光，可形成实像。10准静态绝热过程中外界对系统所作的功准静态绝热过程中外界对系统所作的功 根据泊松公式根据泊松公式 =恒量恒量 p1和和V1为初状态系统初状态的体积和压强。为初状态系统初状态的体积和压强。即即11 理想气体热力学过程理
9、想气体热力学过程 U=Q+A 等体等体0等压等压等温等温0绝热绝热0过程过程过程方程过程方程吸热吸热Q对外做功对外做功A内能增量内能增量 小结小结12例例:一个理想气体系统由状态一个理想气体系统由状态1(T1)经绝热过程到达状态经绝热过程到达状态2(T2)，由，由状态状态2经等体过程到达状态经等体过程到达状态3(T3),又由状态又由状态3经绝热过程到达状态经绝热过程到达状态 4(T4)，最后由等体过程回到状态，最后由等体过程回到状态 1。求系统在整个过程中吸收和放求系统在整个过程中吸收和放出的出的热量热量，系统对外界作的净，系统对外界作的净功功以及以及内能内能的变化。的变化。解解:由图可见，整个过程构成一闭合曲线，系统的由图可见，整个过程构成一闭合曲线，系统的内能不变内能不变。23 吸热吸热pV2V1Vo1234 41 放热放热 12，外界对系统作功，外界对系统作功A1 等于内能增量等于内能增量34，外界对系统所作的功，外界对系统所作的功A2 应为应为 整个过程中系统对外界所作的功为整个过程中系统对外界所作的功为 等体过程等体过程 A=0 绝热过程绝热过程 Q=0热热量量功功