Ein Fleck-Muster ist ein durch die gegenseitige Einmischung von einer Reihe von wavefronts erzeugtes Intensitätsmuster. Dieses Phänomen ist von Wissenschaftlern seit der Zeit von Newton untersucht worden, aber Flecke sind in Bekanntheit seit der Erfindung des Lasers eingetreten und haben jetzt eine Vielfalt von Anwendungen gefunden.

Ereignis

Ein vertrautes Beispiel ist das zufällige geschaffene Muster, wenn ein Laserbalken von einer rauen Oberfläche gestreut wird - sieh Bild. Ein weniger vertrautes Beispiel des Flecks ist das hoch vergrößerte Image eines Sterns durch die unvollständige Optik oder durch die Atmosphäre (sieh Fleck darstellen). Ein Fleck-Muster kann auch gesehen werden, wenn Sonnenlicht durch einen Fingernagel gestreut wird.

Die Fleck-Wirkung wird beobachtet, wenn Funkwellen von rauen Oberflächen wie Boden oder Meer gestreut werden, und auch in der Überschallbildaufbereitung gefunden werden können. In der Produktion eines Mehrweise-Glasfaserleiters ergibt sich ein Fleck-Muster aus einer Überlagerung von Weise-Feldmustern. Wenn die modale Verhältnisgruppengeschwindigkeitsänderung mit der Zeit sich das Fleck-Muster auch mit der Zeit ändern wird. Wenn Differenzialweise-Verdünnung, modale Geräuschergebnisse vorkommt.

Erklärung

Die Fleck-Wirkung ist ein Ergebnis der Einmischung von vielen Wellen derselben Frequenz, verschiedene Phasen und Umfänge habend, die zusammen beitragen, um eine resultierende Welle zu geben, deren sich Umfang, und deshalb Intensität, zufällig ändern. Wenn jede Welle durch einen Vektoren modelliert wird, dann kann es gesehen werden, dass, wenn mehrere Vektoren mit zufälligen Winkeln zusammen hinzugefügt werden, die Länge des resultierenden Vektoren irgendetwas von der Null bis die Summe der individuellen Vektor-Längen — ein 2-dimensionaler zufälliger Spaziergang sein kann, der manchmal als ein Spaziergang eines Alkoholikers bekannt ist.

Wenn eine Oberfläche durch eine leichte Welle gemäß der Beugungstheorie illuminiert wird, handelt jeder Punkt auf einer beleuchteten Oberfläche als eine Quelle von sekundären Kugelwellen. Das Licht an jedem Punkt im gestreuten leichten Feld wird aus Wellen zusammengesetzt, die von jedem Punkt auf der beleuchteten Oberfläche gestreut worden sind. Wenn die Oberfläche rau genug ist, um Unterschiede der Pfad-Länge zu schaffen, die eine Wellenlänge überschreiten, Phase-Änderungen verursachend, die größer sind als 2π, der Umfang, und folglich sich die Intensität, des resultierenden Lichtes zufällig ändert.

Eine Analogie mit Wasserwellen kann helfen, das Fleck-Phänomen zu verstehen. Stellen Sie sich eine sehr große, völlig stille rechteckige Lache von Wasser vor. Denken Sie zuerst, was geschieht, wenn jemand einen Stock an einem Ende der Lache an einer unveränderlichen Frequenz und Umfang vibrieren lässt; ein Rundschreiben wavefront wird entlang der Oberfläche der Lache fortgepflanzt. Nehmen Sie an, dass die Lache groß genug ist, dass wir Nachdenken von den Seiten oder die Enden nicht zu denken brauchen. Denken Sie jetzt, was geschieht, wenn eine Vielzahl von Leuten, alle gelegen aufs Geratewohl Positionen am Ende der Lache, vibriert, schreckt vor derselben Frequenz, aber unterschiedlichen Umfängen und Phasen zurück. Jeder Vibrator erzeugt ein Rundschreiben wavefront. An jedem Punkt entlang der Lache ist die Bewegung der Oberfläche die Summe der individuellen Wellen, und ist ein Vibrieren an derselben Frequenz wie die Quellvibratoren. Der Umfang und die Phase der Oberflächenwelle an jedem gegebenen Punkt werden befestigt, aber beide ändern sich zufällig über die Oberfläche. Auf den ersten Blick wird es scheinen, dass die Störung in der Lache völlig zufällig ist, aber auf einem näheren Blick wird es gesehen, dass ein sich wiederholendes Muster über einen Zyklus der vibrierenden Frequenz vorkommt. Die durchschnittliche Energie des Vibrierens (der zum Quadrat des maximalen Umfangs proportional ist) an jedem Punkt, ist mit der Zeit unveränderlich, aber ändert sich zufällig über die Oberfläche der Lache. Wenn wir eine beleuchtete Oberfläche beobachten, entdecken wir die durchschnittliche Energie des Lichtes an der Oberfläche; so ist die Helligkeit eines gegebenen Punkts auf einer Oberfläche, die durch eine Reihe zufälliger scatterers mit einer einzelnen Frequenz illuminiert worden ist, mit der Zeit unveränderlich, aber ändert sich zufällig vom Punkt bis Punkt, d. h. es ist ein Fleck-Muster.

Wenn das Licht der niedrigen Kohärenz (d. h. zusammengesetzt aus vielen Wellenlängen) verwendet wird, wird ein Fleck-Muster nicht normalerweise beobachtet, weil die durch individuelle Wellenlängen erzeugten Fleck-Muster verschiedene Dimensionen haben und normalerweise einander im Durchschnitt betragen werden. Jedoch können Fleck-Muster im vielfarbigen Licht in einigen Bedingungen beobachtet werden.

Subjektive Flecke

Wenn ein Image einer rauen Oberfläche gebildet wird, die durch ein zusammenhängendes Licht illuminiert wird (z.B ein Laserbalken), wird ein Fleck-Muster im Bildflugzeug beobachtet; das wird genannt ein "subjektives Fleck-Muster" - sieh Image oben. Es wird "subjektiv" genannt, weil die ausführliche Struktur des Fleck-Musters von den Betrachtungssystemrahmen abhängt; zum Beispiel, wenn die Größe der Linse-Öffnungsänderungen, die Größe der Fleck-Änderung. Wenn die Position des Bildaufbereitungssystems verändert wird, wird sich das Muster allmählich ändern und wird schließlich zum ursprünglichen Fleck-Muster ohne Beziehung sein.

Das kann wie folgt erklärt werden. Wie man betrachten kann, wird jeder Punkt im Image durch ein begrenztes Gebiet im Gegenstand illuminiert. Die Größe dieses Gebiets wird durch die Beugungsbeschränkte Entschlossenheit der Linse bestimmt, die durch die Luftplatte gegeben wird, deren Diameter 2.4λu/D ist, wo λ die Wellenlänge des Lichtes ist, ist u die Entfernung zwischen dem Gegenstand und der Linse, und D ist das Diameter der Linse-Öffnung. (Das ist ein vereinfachtes Modell der Beugungsbeschränkten Bildaufbereitung).

Das Licht an benachbarten Punkten im Image ist von Gebieten gestreut worden, die viele Punkte gemeinsam haben und sich die Intensität von zwei solchen Punkten viel nicht unterscheiden wird. Jedoch haben Sie zwei Punkte im Image, die durch Gebiete im Gegenstand illuminiert werden, die durch das Diameter der Luftplatte getrennt werden, leichte Intensitäten, die ohne Beziehung sind. Das entspricht einer Entfernung im Image von 2.4λv/D, wo v die Entfernung zwischen der Linse und dem Image ist. So ist die 'Größe' der Flecke im Image dieser Ordnung.

Die Änderung in der Fleck-Größe mit der Linse-Öffnung kann durch das Schauen auf einen Laserpunkt auf einer Wand direkt, und dann durch ein sehr kleines Loch beobachtet werden. Wie man sehen wird, werden die Flecke bedeutsam in der Größe zunehmen.

Objektive Flecke

Wenn Laserlicht, das von einer rauen Oberfläche gestreut worden ist, auf einer anderen Oberfläche fällt, bildet es ein "objektives Fleck-Muster". Wenn ein fotografischer Teller oder ein anderer 2. optischer Sensor innerhalb des gestreuten leichten Feldes ohne eine Linse gelegen werden, wird ein Fleck-Muster erhalten, wessen Eigenschaften von der Geometrie des Systems und der Wellenlänge des Lasers abhängen. Das Fleck-Muster in der Zahl wurde durch das Hinweisen eines Laserbalkens an der Oberfläche eines Mobiltelefons erhalten, so dass das gestreute Licht auf eine angrenzende Wand gefallen ist. Eine Fotographie wurde dann des auf der Wand gebildeten Fleck-Musters genommen (genau genommen, das hat auch ein zweites subjektives Fleck-Muster, aber seine Dimensionen sind viel kleiner als das objektive Muster, so wird es im Image nicht gesehen)

Das Licht an einem gegebenen Punkt im Fleck-Muster wird aus Beiträgen vom ganzen die sich zerstreuende Oberfläche zusammengesetzt. Die Verhältnisphasen dieser Wellen ändern sich über die Oberfläche, so dass sich die Summe der individuellen Wellen zufällig ändert. Das Muster ist dasselbe unabhängig davon, wie es dargestellt wird, gerade als ob es ein gemaltes Muster war.

Die "Größe" der Flecke ist eine Funktion der Wellenlänge des Lichtes, der Größe des Laserbalkens, der die erste Oberfläche und die Entfernung zwischen dieser Oberfläche und der Oberfläche illuminiert, wo das Fleck-Muster gebildet wird. Das ist der Fall, weil wenn der Winkel, solche Änderungen zu streuen, dass der Verhältnispfad-Unterschied zwischen dem Licht, das vom Zentrum des beleuchteten Gebiets im Vergleich zum Licht gestreut ist, das vom Rand der beleuchteten Änderungen durch λ, die Intensität gestreut ist, unkorreliert wird. Köstlich leitet einen Ausdruck für die Mittelfleck-Größe als λz/L ab, wo L die Breite des beleuchteten Gebiets ist und z die Entfernung zwischen dem Gegenstand und der Position des Fleck-Musters ist.

Nah-Feldflecke

Objektive Flecke werden gewöhnlich im weiten Feld erhalten (auch hat Gebiet von Fraunhofer, das genannt

ist die Zone, wo Beugung von Fraunhofer geschieht). Das bedeutet, dass sie "weit" von erzeugt werden

der Gegenstand, der ausstrahlt oder Streuungslicht. Flecke können auch in der Nähe vom beobachtet werden

Gegenstand, in fast Feld streuend (hat auch Gebiet von Fresnel, d. h. das Gebiet genannt, wo Beugung von Fresnel geschieht). Diese Art von Flecken wird Nahe Feldflecke genannt.

Sieh nahes und weites Feld für eine strengere Definition "der Nähe" und "weit".

Die statistischen Eigenschaften eines Fernbereich-Fleck-Musters (d. h., die Fleck-Form und Dimension)

hängen Sie von der Form und Dimension des durch das Laserlicht geschlagenen Gebiets ab.

Im Vergleich ist eine sehr interessante Eigenschaft von fast Feldflecken das

ihre statistischen Eigenschaften sind nah mit der Form und Struktur des sich zerstreuenden Gegenstands verbunden:

Gegenstände, dass die Streuung in hohen Winkeln kleine nahe Feldflecke, und umgekehrt erzeugt.

Unter der Rayleigh-Gans Bedingung, insbesondere spiegelt Fleck-Dimension die durchschnittliche Dimension wider

der sich zerstreuenden Gegenstände, während, im Allgemeinen, die statistischen Eigenschaften fast des Feldes

Flecke, die durch eine Probe erzeugt sind

hängen Sie vom leichten sich zerstreuenden Vertrieb ab.

Wirklich ist die Bedingung, unter der die fast Feldflecke erscheinen, gewesen

beschrieben als strenger als die übliche Bedingung von Fresnel.

Anwendungen

Als Laser zuerst erfunden wurden, wie man betrachtete, war die Fleck-Wirkung ein strenger Nachteil im Verwenden von Lasern, um Gegenstände besonders in der holografischen Bildaufbereitung wegen des körnigen erzeugten Images zu illuminieren. Es wurde später begriffen, dass Fleck-Muster Information über die Oberflächendeformierungen des Gegenstands tragen konnten, und diese Wirkung in holografischem interferometry und elektronischem Fleck-Muster interferometry ausgenutzt wird. Die Fleck-Wirkung wird auch in der Sternfleck-Astronomie, Fleck-Bildaufbereitung und in der Augenprüfung mit dem Fleck verwendet.

Fleck ist die Hauptbeschränkung der zusammenhängenden Bildaufbereitung in der optischen heterodyne Entdeckung.

Im Fall von fast Feldflecken hängen die statistischen Eigenschaften vom Licht ab, das sich zerstreut

Vertrieb einer gegebenen Probe. Das erlaubt dem Gebrauch fast der Feldfleck-Analyse, den sich zerstreuenden Vertrieb zu entdecken; das ist das so genannte nahe Feld, das sich zerstreut

Technik.

Wenn sich das Fleck-Muster rechtzeitig wegen Änderungen in der beleuchteten Oberfläche ändert, ist das Phänomen als dynamischer Fleck bekannt, und es kann verwendet werden, um Tätigkeit, als in (zum Beispiel) einer optischen Computermaus zu messen. In biologischen Materialien ist das Phänomen als biospeckle bekannt.

Die Verminderung

Wie man

betrachtet, ist Fleck ein Problem im Laser gestützte Anzeigesysteme wie das Laserfernsehen. Fleck wird gewöhnlich durch die Fleck-Unähnlichkeit gemessen. Die Fleck-Kontrastverminderung ist im Wesentlichen die Entwicklung von vielen unabhängigen Fleck-Mustern, so dass sie auf der Netzhaut/Entdecker durchschnittlich ausmachen. Das kann durch, erreicht werden

• Winkelungleichheit: Beleuchtung von verschiedenen Winkeln.
• Polarisationsungleichheit: Gebrauch von verschiedenen Polarisationsstaaten.
• Wellenlänge-Ungleichheit: Der Gebrauch von Laserquellen, die sich in der Wellenlänge durch einen kleinen Betrag unterscheiden.

Das Drehen diffusers - der die Raumkohärenz des Laserlichtes zerstört - kann auch verwendet werden, um den Fleck zu reduzieren. Sich bewegen/vibrieren lassen Schirme können auch Lösungen sein. Das Mitsubishi Laserfernsehen scheint, solch einen Schirm zu verwenden, der spezielle Sorge gemäß ihrem Produkthandbuch verlangt. Eine ausführlichere Diskussion über die Laserfleck-Verminderung kann in gefunden werden

Synthetische Reihe heterodyne Entdeckung wurde entwickelt, um Fleck-Geräusch in der zusammenhängenden optischen Bildaufbereitung und dem zusammenhängenden ZIFFERBLATT LIDAR zu reduzieren.

In wissenschaftlichen Anwendungen kann ein Raumfilter verwendet werden, um Fleck zu reduzieren.

Siehe auch

• Dynamischer Fleck
• Fleck-Geräusch

Optische heterodyne Entdeckung

• Spektroskopie der Verbreiten-Welle

Links

• Das Sehen des Flecks in Ihrem Fingernagel
• Forschungsgruppe auf dem Licht-Zerstreuen und den photonic Materialien
• Doktorarbeit:D. Brogioli, "In der Nähe von Feldflecken"