Romlig filter - Spatial filter
Et romfilter er en optisk innretning som benytter prinsippene ved Fourier-optikk for å endre strukturen av en stråle av lys eller annen elektromagnetisk stråling , typisk koherent laser lys . Romlig filtrering blir ofte brukt til å "rense opp" utgangen fra lasere, fjerning av avvik i bjelken på grunn av ufullkommen, skittent eller skadet optikk, eller på grunn av variasjoner i laserforsterkningsmedium selv. Denne filtreringen kan brukes til å overføre en ren tverrmodus fra en multimodelaser mens den blokkerer andre modi som sendes ut fra den optiske resonatoren . Uttrykket "filtrering" indikerer at de ønskelige strukturelle egenskapene til den opprinnelige kilden passerer gjennom filteret, mens de uønskede funksjonene er blokkert. Et apparat som følger filteret ser effektivt et bilde av kilden av høyere kvalitet, men med lavere effekt, i stedet for den faktiske kilden direkte. Et eksempel på bruk av romlig filter kan sees i avansert oppsett av mikro-Raman spektroskopi.
I romlig filtrering brukes en linse til å fokusere strålen. På grunn av diffraksjon , vil en stråle som ikke er en perfekt planbølge ikke fokusere til et eneste sted, men heller produsere et mønster av lyse og mørke områder i brennplanet . For eksempel kan en ufullkommen bjelke danne et lyspunkt omgitt av en serie konsentriske ringer, som vist på figuren til høyre. Det kan vises at dette todimensjonale mønsteret er den todimensjonale Fourier-transformasjonen av den opprinnelige strålens tverrgående intensitetsfordeling . I denne sammenheng kalles brennplanet ofte transformasjonsplanet . Lys midt i transformasjonsmønsteret tilsvarer en perfekt, bred planbølge. Annet lys tilsvarer "struktur" i strålen, med lys lenger fra det sentrale punktet tilsvarer struktur med høyere romlig frekvens . Et mønster med veldig fine detaljer vil gi lys veldig langt fra transformasjonsplanets sentrale sted. I eksemplet ovenfor skyldes den store sentrale flekken og lysringene som omgir den strukturen som resulterer når strålen passerer gjennom en sirkulær blenderåpning . Stedet forstørres fordi bjelken er begrenset av blenderåpningen til en endelig størrelse, og ringene er relatert til de skarpe kantene på strålen som er skapt av kantene på blenderåpningen. Dette mønsteret kalles et luftig mønster , etter oppdageren George Airy .
Ved å endre lysfordelingen i transformasjonsplanet og bruke en annen linse til å reformere den kollimerte strålen, kan strukturen til strålen endres. Den vanligste måten å gjøre dette på er å plassere en blenderåpning i strålen som lar ønsket lys passere, mens du blokkerer lys som tilsvarer uønsket struktur i strålen. Spesielt kan en liten sirkulær blenderåpning eller " pinhole " som passerer bare det sentrale lyspunktet fjerne nesten all fin struktur fra strålen, noe som gir en jevn tverrgående intensitetsprofil, som kan være nesten en perfekt gaussisk stråle . Med god optikk og et veldig lite pinhole kunne man til og med tilnærme en plan bølge.
I praksis er diameteren til åpningen valgt basert på den brennvidden av linsen, diameteren og kvaliteten av inngangsstrålen, og dens bølgelengde (lengre bølgelengder krever større åpninger). Hvis hullet er for lite, forbedres strålekvaliteten betydelig, men kraften reduseres kraftig. Hvis hullet er for stort, kan det hende at bjelkekvaliteten ikke forbedres så mye som ønsket.
Størrelsen på blenderåpningen som kan brukes, avhenger også av størrelsen og kvaliteten på optikken. For å bruke et veldig lite pinhole, må man bruke et fokuseringsobjektiv med lavt f-nummer , og ideelt sett bør linsen ikke legge til signifikante avvik i strålen. Utformingen av en slik linse blir stadig vanskeligere ettersom f-tallet synker.
I praksis er den mest brukte konfigurasjonen å bruke et mikroskopobjektiv for å fokusere strålen, og en blenderåpning laget ved å stanse et lite, presist hull i et stykke tykt metallfolie. Slike samlinger er tilgjengelig kommersielt.
Sfæriske bølger
Ved å utelate den andre linsen som reformerer den kollimerte strålen, tilnærmer filteråpningen seg en intens punktkilde, som produserer lys som tilnærmer seg en sfærisk bølgefront. En mindre blenderåpning implementerer en nærmere tilnærming av en punktkilde, som igjen gir en mer sfærisk bølgefront.
Se også
- Köhler-belysning , som bruker romlig filtrering til usammenhengende lys for mikroskopi
- Pinhole kamera
