Лазерная система для измерения статистических характеристик пространственных квазипериодических структур (стр. 5 из 10)
Тогда, выполнив алгебраические преобразования над (2.12) с использо-ванием (2.13), вещественную часть В выражения (2.12) можно представить в виде :
(2.14).Подставив (2.14) в (2.10), получим уравнение непрерывной составляю-щей энергетического спектра квазипериодической пространственной струк-туры ЛЗ:
(2.15), а энергетический спектр пространственной структуры ЛЗ с нормаль-ным законом распределения ширины щелей и стенок может быть представ-лен следующим выражением: 
(2.16).Наибольший интерес для практической реализации в оптических системах КОС для автоматизации контроля статистических характеристик пространственной структуры ЛЗ представляет второе слагаемое выражения (2.16), содержащее функциональную взаимосвязь этих характеристик. Пос-кольку это слагаемое содержит гармонические функции, что указывает на наличие частот
экстремальных амплитуд спектра. Величины экстремаль-ных амплитуд спектра и их частоты полностью определяются статисти-ческими характеристиками геометрических размеров элементов простран-ственной структуры ЛЗ.Первое слагаемое в (2.16) описывает амплитуду спектра на нулевой частоте, а в оптической системе КОС - интенсивность недифрагированного светового потока, который фокусируется оптической системой на его оси в плоскости спектрального анализа.
4. Задание характеристик элементов измерительной
системы
Источник излучения газовый He-Ne лазер ЛГН-207А:
· Диаметр пучка на растоянии 40 мм от переднего зеркала резонатора 0.52 мм.
· Длина волны излучения 0.6328 мкм.
· Расходимость излучения 1.85 мрад.
· Мощность 2 мВт.
Характеристики оптичесих элементов:
· Длина линии задержки 15 мм.
· Высота линии зажержки 4 мм.
· Диаметр фурье-объектива 24 мм.
· Фокусное растояние фурье-объектива 104.98 мм.
Характеристики приемника излучения:
· ПЗС-матрица, производстведена в Японии.
· Количество элементов 512х340.
· Размер чувствительной прощадки одного элемента 20х20 мкм.
· Спектральная чувствительность 0.4 B/Вт.
· Пороговый поток 10-12 Вт.
5. Математическая модель измерительной
системы
Оптическая система КОС, выполненная по схеме “входной транспарант перед фурье-объективом”, состоит из ряда последовательно расположен-ных вдоль оптической оси узлов: источник когерентного излучения, входной транспарант, фурье-объектив, фоторегистратор спектра (рис.2).
В такой системе, для получения высококонтрастного и сфокусирован-ного изображения исследуемого сигнала, источником когерентного излу-чения 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 прост-ранственной 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 - парак-сиальную 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 интег-рал, который описывает суперпозицию светового поля по входной аперту-ре
фурье-объектива и группируя совместно одинаковые экспотенциаль-ные сомножители, упростим его. Формальное увеличение пределов интег-рирования 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