非相干光
光学中的干涉与光纤原理
光学中的干涉与光纤原理在光学领域中，干涉和光纤原理是两个非常重要且引人注目的主题。
干涉作为一种光学现象，揭示了光的波动性质，而光纤原理则为光的传输提供了一种高效和便捷的方法。
一、干涉的基本原理干涉是指两束或多束光波相互叠加时所产生的干涉现象。
干涉可以分为构成干涉的两种基本类型：相干光干涉和非相干光干涉。
1. 相干光干涉相干光干涉是指两束或多束具有相同频率、相同相位关系、相同偏振方向且光程相差在一定范围内的光波相互叠加所产生的干涉。
干涉现象的出现是由于光的波动性质决定的。
当两束相干光波相遇时，它们的电场矢量叠加形成了新的合成波，出现干涉条纹。
这种干涉形式常见的有杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
2. 非相干光干涉非相干光干涉是指两束或多束不满足相干条件的光波相互叠加所产生的干涉。
这种干涉主要来自于自发辐射或来自不同光源的光波。
非相干光干涉不同于相干光干涉，其干涉条纹通常不稳定，在时间上会发生明暗交替现象。
二、光纤的基本原理光纤是一种由一种或多种光学材料制成的细长柔性光导波结构。
光纤由芯层、包层和外壳层组成。
光通过芯层的全反射现象实现传输。
1. 全反射与光传输光纤中光的传输是基于全反射原理。
当光从芯层传入包层时，若光线入射角小于临界角，则光线会被全反射，并沿着光纤传播。
由于光纤的芯层和包层折射率不同，使得在光纤中的光线无法透过外壳层而损失，从而实现了光的传输。
2. 光纤的工作原理光纤的工作原理是基于光信号的折射传输。
当光信号通过一端的发光源输入到光纤中时，由于全反射的作用，光信号被束缚在光纤中，并沿着光纤传输。
光信号在传输过程中可以保持较低的衰减和干扰，从而实现远程的高速数据传输。
三、干涉与光纤的应用干涉和光纤原理在现代科学和技术中有着广泛的应用。
1. 干涉的应用干涉在成像领域中被广泛应用，例如光学显微镜、干涉测量仪器等。
此外，干涉也在光谱学、激光技术、光学存储等各个领域中发挥着重要的作用。
例如，Michelson干涉仪可用于测量光的波长和干涉条纹的位移，准确测量实验中所需要的长度或物理量。
物理实验技术中的光学相干与非相干测量方法
物理实验技术中的光学相干与非相干测量方法在物理实验技术中，光学相干与非相干测量方法是常见且重要的技术手段。
光学相干测量是指利用光学相干性进行测量的一种方法，而非相干测量则是利用光的非相干性进行测量的方法。
首先，我们来探讨一下光学相干测量。
光学相干性是指两束光的相位差在某一范围内的时空内相对稳定，即相位差保持一定的关系。
利用光学相干测量方法可以实现高精度的测量。
其中，常用的光学相干测量技术包括干涉测量和干涉计量。
干涉测量是利用光学干涉现象对被测量物进行测量，常见的应用有干涉仪、干涉光栅等。
干涉计量则是通过测量两束光的相位差来获得被测量物的信息，常见的应用有激光测距仪、光学时间域反射计等。
光学相干测量方法具有高精度、高分辨率等特点，广泛应用于科研、工业、医学等领域。
例如，在医学中，光学相干断层扫描技术（OCT）可以实现对生物组织的非侵入性显微成像，有助于早期疾病的诊断与治疗。
而在工业中，光学相干测量方法可以用于表面形貌检测、薄膜厚度测量等领域。
与光学相干测量相反，非相干测量则是利用光的非相干性进行测量的方法。
非相干测量方法简单、实用，常见的应用有照明测量、颜色测量等。
例如，我们经常使用的光源就是非相干光源，可以通过测量非相干光源的亮度和颜色来实现对照明质量的评估。
另外，非相干测量方法还广泛应用于光学通信、图像处理等方面。
总结起来，物理实验技术中的光学相干与非相干测量方法是进行精密测量和实验研究的重要手段之一。
它们在不同领域有着广泛的应用，为科学研究和工程实践提供了有效的工具。
通过不断创新和发展，相信在未来，光学相干与非相干测量方法将进一步拓展应用领域，并为更多领域的发展做出贡献。
非相干光时延四波混频相干拍频调制的多能级理论研究
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非相 干光 时延 四波 混频相 干拍 频调 制 的 多能级理 论研 究／ 张
扬等
・２ ９ ・ ５
非相 干 光 时延 四波 混频 相 干 拍频 调 制 的 多能级 理 论研 究
张 扬， 李玉琼 ， 沈建琪
（ 海理工大学理学 院， 海 ２０９） 上 上 ０ ０ ３
摘 要
介绍 了非相干光 时延 四 波混频 （ Ｖ １ ） ＴＤ Ｍ＿Ｌ 理论 的发展 ， 分析 了 多能级 理论 与二 能级理论 的差异 。
ｘｎ ｉｇ
ｉｔｒｅｅ ｃ－ ｅ ｔｍｏ ｕａｉｎ ｐ ｏｏ ｃ ｏ，ｉｃ ｈ ｒｎ ｉｈ ，ｕ ｒ ｆｓ ｅａ ａｉｎ，ｆ ｕ－ ｖ — ｎ ｅ ｆｒｎ ｅｂ ａ ｄ ｌｔ ， ｈ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｎ ｏ ｅｅ ｔｌ ｔ ｈ ａａ ｔｒ ｌｘ ｔ ｇ ｏ ｏ ｒｗａ ｅｍｉ
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非相干光源,相干光源 直流电与交流电的关系
非相干光源,相干光源直流电与交流电的关系非相干光源和相干光源是光学领域中常用的两种光源。
它们在光的性质、产生原理和应用方面有着明显的区别。
而直流电和交流电是电学领域中两种常见的电流形式，它们在电流的产生、传输和应用方面也有着不同的特点。
下面将分别对非相干光源和相干光源以及直流电和交流电进行详细的介绍和比较。
非相干光源是指光波的相位关系是随机的光源。
它的特点是光波的相位差是随机的，不具有相干性。
常见的非相干光源有白炽灯、荧光灯等。
非相干光源产生的光波是由许多不同频率、不同相位的光波叠加而成的。
由于光波的相位差是随机的，所以非相干光源的光波是不稳定的，无法形成明确的干涉和衍射图样。
非相干光源的光强分布是均匀的，不具有明显的干涉和衍射效应。
非相干光源的应用主要集中在照明、摄影等领域。
相干光源是指光波的相位关系是确定的光源。
它的特点是光波的相位差是确定的，具有相干性。
常见的相干光源有激光器、干涉仪等。
相干光源产生的光波是由具有相同频率、相同相位的光波叠加而成的。
由于光波的相位差是确定的，所以相干光源的光波是稳定的，能够形成明确的干涉和衍射图样。
相干光源的光强分布具有明显的干涉和衍射效应。
相干光源的应用主要集中在干涉、衍射、激光技术等领域。
直流电是指电流方向恒定的电流。
它的特点是电流的方向和大小都保持不变。
直流电的产生可以通过直流发电机、电池等设备实现。
直流电的传输和应用主要集中在电池供电的电子设备、直流电机、电解等领域。
直流电的优点是电流方向稳定，容易控制和使用。
但是直流电的传输距离有限，损耗较大。
交流电是指电流方向周期性变化的电流。
它的特点是电流的方向和大小随时间呈周期性变化。
交流电的产生可以通过交流发电机实现。
交流电的传输和应用主要集中在电网供电的家庭、工业、交通等领域。
交流电的优点是传输距离远，损耗小。
交流电的缺点是电流方向和大小变化较快，不易控制和使用。
综上所述，非相干光源和相干光源在光的性质、产生原理和应用方面有着明显的区别。
非相干光的检测与变换
目 录
• 非相干光的基本概念 • 非相干光的检测技术 • 非相干光的变换技术 • 非相干光的调制技术 • 非相干光的解调技术 • 非相干光检测与变换技术的未来发展
01 非相干光的基本概念
非相干光的定义
总结词
非相干光是指光波之间没有固定相位关系的非单色光源发出 的光。
详细描述
定义
光学哈达玛变换是一种将复数信号转换为实数序列的变换 方法，通过使用哈达玛矩阵和光学元件实现。
01
应用
在图像处理、模式识别、光谱分析等领 域有广泛应用，例如图像压缩、特征提 取、光谱匹配等。
02
03优点Biblioteka 具有高分辨率和高灵敏度，能够实现 快速变换和多维信号处理，且光学元 件具有宽带宽和高速响应特性。
新型光电材料
随着科技的发展，新型光电材料如钙钛矿、 二维材料等不断涌现，为非相干光检测与变 换技术提供了更多可能性。
光学薄膜
光学薄膜在非相干光检测与变换中具有重要 作用，未来研究将更加注重高透过率、高稳 定性、多功能性的光学薄膜的制备和应用。
新技术的研发
超快光电转换技术
利用超快激光脉冲，实现非相干光信号的高速、高灵 敏度检测，满足实时处理和高速通信的需求。
光学沃尔什变换
定义
光学沃尔什变换是一种将复数信号转换为实 数序列的变换方法，通过使用沃尔什函数和 光学元件实现。
应用
在数字信号处理、雷达信号处理、无线通信等领域 有广泛应用，例如调制解调、频谱分析、信号分类 等。
优点
具有快速变换速度和简单实现方式，能够实 现高分辨率和高灵敏度的信号处理。
光学哈达玛变换
对噪声敏感，解调性能受限于模拟电 路的性能。
(第十章)非相干光学处理1
(
)
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
可得到式(10.2.11)的对称表达式 ∞ ∞ λ ff y λ ffx λ ff y λ ffx Hi fx , f y =∫ ∫ P′ ξ ′ + ,η′ + ,η′ P′ ξ ′ dξ dη 2 2 2 2 ∞ ∞
(
)
(10.2.12)
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
非相干空间滤波系统是基本的非相干成像系统,它使用光学传 递函数来进行非相干空间滤波,其操作依靠衍射理论.图 10.2.1是一个用自发光物体的非相干空间滤波系统. S为自发光物,P(x,y)为光瞳透明物片,设物面的强度分布为 Io(x,y),成像面的强度分布为Ii(x,y),由衍射理论可知,其成 像规律遵从以下的强度卷积积分 P(x,y) Io(x,y) S f1 f2 Ii(x,y)
Chapter 10
第十章
InCoherent
Optical Information Processing
非相干光学信息处理
非相干光学处理是指采用非相干光照明的信息处理方法,系统 传递和处理的基本物理量是光场的强度分布.
10.1 光处理与非相干光处理的比较
相干光处理系统存在的不足
(1)相干光处理要求输出分布以波前复振幅的形式,这一要 求排除了阴极射线管或发光二极管阵列作为输出器件的使用. 这就要求把输入图像制成透明片,然后用激光照明. (2) 相干噪声和散斑噪声问题 在光学系统中(如透镜,反射镜和分束器等)不可避免地存在一 些缺陷,如:气泡,擦痕及尘埃,指印或霉斑等.当用相干光照明 时,这些缺陷将产生衍射,而这些衍射波之间又会互相干涉,从而 形成一系列杂乱条纹与图像重叠在一起,无法分开,这就是所谓相 干噪声.
第十章 非相干光学处理
第十章 非相干光学处理一、 相干光处理与非相干光处理的比较1．相干光系统输入为()y x u i ,，输出为()y x u ,，则：()(),,i iu x y u x y =∑即：输出的合成复振幅()y x u ,满足复振幅叠加原则。
而光强为：()()()22,,,∑==i y x u y x u y x I()()()2*,,,i i j ii ju x y u x y u x y ≠=+∑∑()()*,,i i j ii jI u x y u x y ≠=+∑∑在相干处理系统中，输出光强除了是输入光强i I 的叠加外，还存在相干项*j i u u ⋅的影响。
2．非相干光系统对于非相干光系统，由于输入图像各点的光互不相干，所以上式中的互相关项（第二项）的平均值为零。
即()()∑=ii i i y x I y x I ,,即：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。
3．比较：相干——振幅叠加——可正可负——可完成加、减、乘、除、微分、卷积等运算 非相干——光强叠加——实函数—— 无上述运算4．相干光处理系统存在的不足 1） 噪声太大相干噪声：由光路中的尘埃，指纹，擦痕，元件的缺陷，气泡等引起得干涉。
散班噪声：由漫射物体表面的起伏粗糙而引起的无规干涉。
2）只能处理透明图片（复振幅分布）而不能利用光强接收器得到的信号做为输入信号，（如CRT 、LED 、CCD ）3）只能处理单色图象，对彩色图象则无能为力。
4）而非相干系统正好可弥补相干系统的上述不足，即不存在上述不足。
问题：能不能找到一个系统：即能象相干系统一样，存在一个频谱面，可进行各种处理，又能象非相干系统一样，去掉讨厌的噪声干扰-----部分相干系统----白光处理系统二、 白光光学信息处理技术白光光学处理采用宽谱带白光光源，但采用微小的光源尺寸以提高空间相干性。
另一方面在输入平面上引入光栅来提高时间相干性。
这样即不存在相干噪声，又在某种程度上保留了相干光学处理系统对复振幅进行运算的能力，运算灵活性好。
8.6 非相干光学处理
天狼星离我们8.6光年， 光年， 天狼星离我们 光年 是第五近的恒星。 是第五近的恒星。因 为它本身发光很强， 为它本身发光很强， 又距离近， 又距离近，才显得很 明亮耀眼. 明亮耀眼
希腊诗人埃斯库罗斯 （Aeschylus）称天狼 ） 星为‘炽热的犬’ 星为‘炽热的犬’，因 为它是大犬星座α星 为它是大犬星座 星， 在最热的七八月份黎明 前升起。 前升起。 古埃及人称它为索提斯 ），意为 （sothis），意为‘水 ），意为‘ 上之星’ 上之星’
2
功率谱相关器的优点：见教材Ｐ 功率谱相关器的优点：见教材Ｐ334。 。
光瞳平面上放透过率为t 光瞳平面上放透过率为 2的透明片
x y h1 ( x, y) ∝ T2 , λf λf
2
系统最终输出为
I i ( x , y ) = I g ( x , y ) ∗ h1 ( x , y ) ξ η x − ξ y −η = ∫∫ T1 λ f , λf ⋅ T2 λ f , λf dξdη
在非相干光学处理系统中，我们也同样 在非相干光学处理系统中， 可以在频域综合出所需要的OTF，即实现 可以在频域综合出所需要的 ， 各种形式的滤波。 各种形式的滤波。
OTF等于光瞳函数的归一化自相关函数，即 等于光瞳函数的归一化自相关函数， 等于光瞳函数的归一化自相关函数
∫∫ P (λd α , λd β )P (λd (ξ + α ), λd (ξ + β ))dαdβ Η (ξ ,η ) = ∫∫ P (λd α , λd β ) dαdβ
i i i i 2 i i
是系统的出瞳到像面的距离。 式中di 是系统的出瞳到像面的距离。对半径为a 的圆形光瞳，其光学传递函数如图所示： 的圆形光瞳，其光学传递函数如图所示：
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时间相干性——有限带宽的点光源——自相干函数
空间相干性——窄带的扩展光源——互相干函数
非相干情况下，系统的物像关系为：
Ii kIg (xi , yi ) hI (xi , yi )
I g (xi , yi ) 是几何光学理想像的强度分布 hI (xi , yi ) 是非相干脉冲响应，也叫强度点扩散函数，
非相干光场由大量独立的基元发出的辐射叠加，一个光源 包含有大量的微观辐射基元，很难对他们的状态和运动作出精 确的描述，因此对他们所产生的光场也无法做确定的描述，只 能作为随机过程来讨论其统计性质。要对这种随机过程做完备 的讨论，也是很难的。
研究光场的相干性，只需要讨论二阶矩。
是点物产生的像斑的强度分布。 非相干照明下，像的强度分布是理想像的强度分布与强度 点扩散函数的卷积。
空间相干性——窄带的扩展光源 空间信息由进入介质的角度携带
点源发出的光进入晶体的角度由物平面上点源的位置决定。 不同位置的点光源，入射的角度不一样，非共线角就不一样， 满足相位匹配的波长和光谱带宽就不一样。 考虑上转换时，需考虑非共线角的影响。不同的非共线角， 上转换的带宽不同。
因为能量守恒，在频率转换过程中，不管是相干光还是非 相干光，都需要考虑相位匹配。不可能使很宽的频率范围的 光波实现上转换。
在非相干上转换过程中，只考虑满足相位匹配的光，其他 不满足相位匹配的光可以忽略掉。
上转换带宽的影响因素：非线性晶体长度、群速、群速色 散、增益系数、非共线角、群速度失配。
时间相干性——有限带宽的点光源
时间相干性由二阶矩描述： A(t)A(t )
指数自相关函数为： A(t)A(t ) e2 exp( c )
物面上的每个点光源通过系统之后可以得到一个对应的复振 幅分布。
由于生成的光也是非相干的，故不能通过这些复振幅分布 的相干叠加得到像的复振幅分布，而是要先求出对应的强度 分布，再将这些强度分布叠加得到像的强度分布。