光瞳滤波器超分辨技术ppt

位相型光瞳滤波器
原理： 原理：焦点附近的横向和轴向振幅分布可以分别表示为：
位相型光瞳滤波器
横向的振幅分布可以表示为
为 j = 1,2,3...N的各个区域里的位相， 的振幅分布情况，且由下式给出：
为每个区
轴向振幅分布可以表示为：
位相型光瞳滤波器
可以得出位相型光瞳滤波器焦点附近的横向和轴向 的强度点扩散函数分别为：
http://bbs.ruideppt.com 免费提供
目录
技术背景
两种光瞳滤波器的介绍
光瞳滤波器超分辨在光存储中的应用
前景
技术背景
分辨率是成像系统最重要的性能参数。一个光学系统，它对两个强度 相等的点目标成像，每个点目标的像均是爱里斑，如果两个点靠得很近， 那么这两个衍射图样将重叠在一起，分不清是两个点。如果把这两个点 拉开到适当的距离，使得该两点经光学系统所成的像（两个爱里斑）恰 好刚刚能看出是这两个点，那么我们就说，这两个点是可以分辨的。 一个点目标经过光学成像系统成像成一个衍射图样，也就是通常 所说的点扩散函数。无像差理想成像系统中，由衍射现象产生的点扩 散函数在焦面上与沿光轴的主瓣尺寸分别决定的横向和轴向分辨率， 称为“衍射受限”分辨率，它似乎给成像系统的分辨率设定了一个 “衍射极限”。然而，光学的进一步发展表明，“衍射极限”并非真 正的“极限”。1952年，Toraldo di Francia首次将超分辨的概念引入 光学，给出了超越经典衍射极限的可能性。
同理，在二阶近似的情况下根据
焦点附近的轴向复振幅可以表示为：
振幅Байду номын сангаас光瞳滤波器
因此系统焦平面附近的轴向强度分布为：
横向和轴向强度的中心分别归一化可以得到：
对于不加光瞳滤波器时
振幅型光瞳滤波器
如果定义斯特尔比为加入光瞳滤波器和不加光 瞳滤波器的最大强度之比，可以得出：
大部分振幅型光瞳滤波器都是根据此设计的
技术背景
提高分辨率 光 存 储 密 度
近场探针记录 技术 光学超分辨 技术 超分辨率近场 结构技术 光学变迹术
减小分辨极限 （超分辨） 介质超分辨 技术
技术背景
在变迹术中，光学系统的光瞳函数定义为出瞳面的透过率空间分布，或者是 相对应的入瞳面的透过率空间分布。根据衍射理论，透明光瞳函数将导致 Airy衍射斑（对应于圆孔）或sinc平方衍射斑（对应于方孔）。当插入光瞳 滤波器时将改变光瞳函数的空间分布，从而改变对应的衍射斑分布，实现超 分辨。
光瞳滤波器超分辨在光存储中的应用
光学变迹术可由在光学系统的孔径上加装光瞳滤波器来实 现, 如中心遮挡的圆环、二相位型双带滤波器、由一系列任意 半径和相位及振幅透过率的同心圆环组成的滤波器等。等提出 的可调二元环形滤波器就是一种改变光瞳振幅分布的滤波器, 如图所示, 此滤波器比透射系数为连续变化的滤波器在硬件方 面更易实现, 它能有效提高纵向分辨率, 同时不降低横向分辨率。
http://bbs.ruideppt.com 免费提供
光瞳滤波器超分辨在光存储中的应用
光瞳滤波的基本思想是通过改变光瞳函数的复振幅包括相位和振 幅分布来控制光学系统出瞳的传递函数,任何两点分辨判据可被任意改 进。超衍射光斑振幅的中央主光斑半径较全孔径时小, 导致读出系统 空间响应频率的改进。这种方法能减小读出光斑, 实现超分辨读出。 但同时造成强烈的背景噪声, 影响读出信号的对比度。
光瞳滤波器超分辨在光存储中的应用
光源发出的光经过准直透镜准直，通过分束器由聚焦物镜聚焦到盘片上， 通过对激光束的信息调制，编码数据可以记录在盘片上。反射光束可以用 于光盘信息的读取，以及焦距和盘片磁道的定位。如果在聚焦物镜前增加 超分辨光瞳滤波器，便可以减小记录光斑的大小，从而提高光盘的信息容 量。
技术背景
减小分辨极限、提高分辨率是提高光盘存储密度的传统方法, 该方法可 分为远场、近场两种情况。减小分辨极限的方法称为超分辨。光学头与存 储记录介质之间的距离小于波长量级的范围称为近场, 而大于这个距离的范 围叫做远场。通常使用的光盘系统物镜距介质较远, 为远场记录。超分辨技 术可分为光学超分辨、介质超分辨技术。其中光学超分辨技术主要包括光 学变迹术、近场探针记录技术和超分辨率近场结构技术, 而光学变迹术属于 远场超分辨, 其他为近场超分辨。介质超分辨技术主要指磁致超分辨技术哪, 用于磁光存储领域。
根据其强度点扩散函数可以得到位相型光瞳滤波器的 超分辨情况。
超分辨特征参数
光学系统的超分辨特性可以通过振幅点扩散函数的三个特征量 光斑尺寸 G 超分辨点扩散函数半极值宽度和未超分辨时 点扩散函数半极值宽度之比 斯特尔比S 旁瓣强度M M 超分辨衍射光斑主瓣最大强度和爱里斑主瓣 最大强度之比 衍射光斑旁瓣强度最大值与中心主瓣强度最 大值之比
前景
在理想情况下, 通过假如光瞳滤波能使光斑缩小10—15GB左 右, 再辅以采用更小波长的激光器并对编码方式做改进, 可期望达 到的容量。 这以技术目前仍在研究中, 虽然容量不是特高, 但是可操作性 强, 实现相对来说容易一些, 具有实用化潜力。
参考文献
1、 云茂金等. 径向双折射滤波器的超分辨性能研究. 光学学报. 2005, 25:131-135/ 2、 肖繁荣等. 三区复振幅光瞳滤波器. 光学学报. 2004, 24: 1-4 3、王建刚等. 等宽圆环光瞳滤波器的超分辨性能研究. 光学快报. 2002, 28:444-446/ 4、 邓小强等. 用于共焦扫描显微成像系统的位相型超分辨光瞳滤波 器. 中/国激光. 2001, A. 28: 833-836 5、 刘力等. 改善共焦系统轴向分辨率的位相型光瞳滤波器. 物理学报. 2001,50: 48-51/6 6、王海凤等. 一种新型超分辨衍射器件. 光学快报. 2001, 21: 593596.
当v =0时，对应系统轴上的振幅分布为：
假设系统的圆光瞳函数 P ( ρ )是圆对称的，而且有 上式变为
振幅型光瞳滤波器
根据C. J.R. Sheppard, Z. S. Hegedus和D. M. de Juan等人的理论，在 二阶近似的条件下有：
其中
振幅型光瞳滤波器
对于一个纯振幅型光瞳滤波器， I n 为实数，因此焦平面上 的强度分布可以表示为如下形式：
光瞳滤波器
※ 实现横向超分辨的光瞳滤波器 振幅型光瞳滤波器 光瞳 滤波 器 位相型光瞳滤波器 ※ 实现轴向超分辨的光瞳滤波器 ※ 实现三维超分辨的光瞳滤波器
振幅型光瞳滤波器
原理
单色光入射一般成像系统时，系统焦点附近的复振幅U 的归一化分布可以表示为
其中
系统的数值孔径
振幅型光瞳滤波器
当 u = 0时可以得到系统焦平面上的振幅分布为：
光瞳滤波器超分辨在光存储中的应用
光盘存储系统中对超分辨光斑的要求是比较严格的。比如，在记 录信息的过程中，当聚焦光束的强度达到记录阈值时，一个坑道才能被 记录在盘片上。当聚焦光束的强度超过该阈值时就能在盘片上记录信息， 通常如果聚焦光束的强度为阈值的 1.5-3 倍时，可以认为记录过程是稳 定的。