薄透镜相位变换器

（优选）薄透镜相位变换器现在是1页\一共有23页\编辑于星期二薄透镜条件:

光线在从透镜入射面上（x，y）点入射，在出射面以近似相同的坐标点出射。

忽略薄透镜的吸收，则其透射函数可表示为4.2薄透镜相位变换器4.2.1薄透镜的相位变换函数其中，为出射波相位与入射波相位之差，它与光程差的关系为：现在是2页\一共有23页\编辑于星期二4.2薄透镜相位变换器现在是3页\一共有23页\编辑于星期二代入将略去常数相位因子，得

4.2薄透镜相位变换器薄透镜的相位变换函数现在是4页\一共有23页\编辑于星期二平面波入射,出射波函数表达式为：(1)F>0，球面波将在透镜右侧距透镜F处一点汇聚；(2)F<0，出射波为发散球面波，球心在透镜的左侧，距透镜距离为。F为几何光学中透镜的焦距4.2薄透镜相位变换器现在是5页\一共有23页\编辑于星期二(1)衍射屏紧贴透镜

屏函数：

入射至透镜上的光波：

透镜出射面上的光波：4.2.2透镜衍射的傅立叶变换性质图4.5衍射屏(a)紧贴透镜和(b)在透镜前d处时衍射场分析光路图4.2薄透镜相位变换器现在是6页\一共有23页\编辑于星期二其中，为光瞳函数：由菲涅耳衍射公式，透镜后焦面上的衍射场为：4.2薄透镜相位变换器F现在是7页\一共有23页\编辑于星期二将代入上式，得焦平面上的衍射场与入射场的傅里叶变换成正比。4.2薄透镜相位变换器对应变换频率为：现在是8页\一共有23页\编辑于星期二以入射场的傅立叶变换频率：

描述焦平面上的衍射场的分布为：4.2薄透镜相位变换器夫琅禾费衍射装置实际上是一个空间频谱分析仪夫琅禾费衍射的强度分布等于屏函数的功率谱现在是9页\一共有23页\编辑于星期二

有限光学孔径将入射的光衍射到各个方向，每个方向都可以看成一个平面波分量。（1)傅立叶变换展开与衍射过程傅里叶光学的基本思想现在是10页\一共有23页\编辑于星期二

焦平面上不同的点对应着不同平面波的传播方向，如（x,y)

点对应的平面波在x方向的空间频率为：（2)傅立叶变换的光学实现－夫琅禾费衍射现在是11页\一共有23页\编辑于星期二傅立叶光学的基本思想傅立叶光学的基本思想是，对衍射屏（或物点的图像）产生的复杂波前进行傅里叶变换，衍射场分解为一系列不同方向、不同振幅的平面衍射波；特定方向的平面衍射波，出现在夫琅禾费衍射场的相应位置，实现了分谱，若在衍射场平面对频谱进行选择，就实现了空间滤波操作，因此傅立叶光学也是空间滤波和光学信息处理的理论基础。

现在是12页\一共有23页\编辑于星期二4.2.3余弦光栅的衍射场沿x轴方向的一维余弦光栅的屏函数（或透过率函数）：式中f0为空间频率，空间周期d＝1/f0。乳胶干版上记录两束相干平行光的干涉场经化学处理，使干版透过率与干涉强度成正比即得余弦光栅。4.2薄透镜相位变换器现在是13页\一共有23页\编辑于星期二

考虑单色平行光垂直照射余弦光栅，设入射波的波函数为

，透射波波函数为：应用欧拉公式，并取

，上表达式可分解为：其中：正出射平面波向上斜出射平面波向下斜出射平面波4.2薄透镜相位变换器现在是14页\一共有23页\编辑于星期二在透镜后焦平面观测到这三列平面波的像，即余弦光栅的夫琅禾费衍射场分布。

若考虑光栅宽度或透镜孔径尺度D时，三列衍射波的在透镜后焦平面上的衍射斑，具有半角宽度分别为:4.2薄透镜相位变换器现在是15页\一共有23页\编辑于星期二三列平面波透镜透过率函数乘积。4.2薄透镜相位变换器现在是16页\一共有23页\编辑于星期二

例：两个正交的余弦光栅则组合光栅屏函数为：4.2薄透镜相位变换器现在是17页\一共有23页\编辑于星期二上式屏函数的夫琅禾费衍射场含9列平面衍射波，在焦平面上将出现9个衍射斑，其方位角分别为：图4.8正交密接余弦光栅和衍射场分布4.2薄透镜相位变换器现在是18页\一共有23页\编辑于星期二

（2）衍射屏位于透镜之前d处一垂直入射的平面波照射衍射屏，光波从衍射屏传播到透镜前的波函数为：其中，4.2薄透镜相位变换器现在是19页\一共有23页\编辑于星期二光波

通过透镜后的波函数为：得到透镜后焦平面的衍射场：

这里没有考虑透镜孔径的有限大小效应。上式中积分是一个傅立叶变换，被积函数为两个函数的卷积。4.2薄透镜相位变换器现在是20页\一共有23页\编辑于星期二根据傅里叶变换性质，两个卷积函数的傅里叶变换等于它们分别傅立叶变换的乘积，因此有:其中有：4.2薄透镜相位变换器现在是21页\一共有23页\编辑于星期二焦平面的衍射场是衍射屏的傅立叶变换，当d＝F时，衍射屏函数与衍射场是完全的傅里叶变换关系。

通过两种较为简单情形，在认为透镜孔径足够大时，得到透镜焦平面上的衍射场与衍射屏函数的傅立叶变换成正比，更一般的情形这里不作讨论，同样可得到相似的关系。4