部分相干光照明的偏振成像分辨率研究

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两点分辨的问题已经用许多判据与方法讨论过了,其中最为著名的是Rayleigh判据以及Sparrow判据,但该判据通常仅适用于完全相干光或者完全非相干光两种极限形式,对于更加具有一般性的部分相干光研究却很少。本文设计了一种部分相干光照明的偏振成像系统,通过在不同的偏振状态下,选取不同的Stokes参数并不断调节空间中两点距离及不断改变光源的相干度,以此建立两物点光强在观察平面分布的数学模型并通过变换光源的相干度与空间中两孔距离获取了在任意相干与偏振状态以及任意间距下的空间两点分辨模型。因为衍射效应的存在,像面两点的距离与实际物点的距离并不总是完全相同,本文给出了像平面两点距离和物平面两点距离的比值R,用其来描述光学系统对此空间两物点的分辨能力。考虑光源的偏振特性,本文引入一组归一化因子(广义Stokes参数的不同阶数)后,从理论与实验两方面研究了偏振成像系统中的空间分辨率问题,即Stokes参数在空间偏振成像中两点分辨问题,给出了表征偏振成像能否分辨的判据。在其他条件相同下,两个物点在某个Stokes参数条件下能够分辨,而对于其他Stokes参数将变得不可分辨。在本文中,从非偏振,部分偏振,完全偏振三种状态下,采用由部分相干光照明的偏振成像两点分辨率模型做出研究,得到其在多种因子下的分辨规律,并通过仿真模拟与实验加以验证。本文同时选取以略微接近Sparrow准则距离进行了实验,得到在光源相干度一定时,何种间距下始终能够分辨、恰好分辨或者始终不能分辨,并给出任意相干度的圆孔成像系统一般分辨规律。本文同时研究了具有任意偏振和相干性的边缘物体的成像规律。在此线分辨率下,借鉴电子学和自动控制领域中表示阶跃响应的方法,提出了三个新的参数Rise-distance,Setting-distance和Overshoot,以描述光学系统从开始到停止的相关性特征。其中,Rise-distance用于描述光学系统“从无到有”穿过激发信号中的光束的距离。Setting-distanc e用于描述光学系统从振荡到稳定所需的距离。Overshoot描述振荡过程中达到的最大值与稳定值之间的关系。同时,本文给出了三个新参数与相干区域之间的关系。最后,本文提出了偏振成像的空间分辨率的普遍准则,用以描述在光照的相干和偏振变化的条件下,即Stokes参数中两点能否分辨,研究了归一化广义斯托克斯参数与相干度二者对空间两点分辨率的影响,并建立二者之间的关系,给出具体表达式;根据所提出的空间分辨率依据或判据,确定了参数间能否分辨的一般规律。
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