공간필터
Spatial filter |
공간 필터는 푸리에 광학 원리를 사용하여 광선이나 기타 전자기 방사선의 구조를 변경하는 광학 장치로서, 일반적으로 일관성이 있는 레이저 광선이다. 공간 필터링은 레이저의 출력을 "정리"하는 데 일반적으로 사용되며, 불완전하거나 더러워지거나 광학 장치가 손상되거나 레이저 이득 매체 자체의 변화로 인한 빔의 이상을 제거하기 위해 사용된다. 이 필터링은 광학적 공명기에서 방출되는 다른 모드를 차단하면서 멀티모드 레이저로부터 순수 횡방향 모드를 전송하는 데 적용할 수 있다.[1][2] "필터링"이라는 용어는 원래 선원의 바람직한 구조적 특징이 필터를 통과하는 반면 바람직하지 않은 특징은 차단된다는 것을 나타낸다. 필터를 따르는 기기는 실제 소스가 아닌 고화질이지만 저전력 이미지를 효과적으로 볼 수 있다. 공간 필터의 사용 예는 마이크로 라만 분광기의 고급 설정에서 볼 수 있다.
공간 필터링에서는 렌즈를 사용하여 빔의 초점을 맞춘다. 회절 때문에 완벽한 평면파가 아닌 빔은 하나의 지점에 초점을 맞추지 않고 오히려 초점면에서 빛과 어두운 영역의 패턴을 만들어 낼 것이다. 예를 들어, 불완전한 빔은 오른쪽 그림에서 볼 수 있듯이 일련의 동심원 고리로 둘러싸인 밝은 지점을 형성할 수 있다. 이 2차원 패턴이 초기 빔의 횡강도 분포의 2차원 푸리에 변환임을 알 수 있다. 이런 맥락에서 초점 평면을 변환 평면이라고 하는 경우가 많다. 변환 패턴의 바로 중앙에 있는 빛은 완벽하고 넓은 평면 파형에 해당한다. 다른 빛은 빔의 "구조"에 해당하며, 중심 지점에서 빛이 더 멀리 떨어져 공간 주파수가 더 높은 구조물에 해당된다. 매우 미세한 디테일을 가진 패턴은 변환기의 중심점으로부터 매우 멀리 빛을 낼 것이다. 위의 예에서, 그것을 둘러싸고 있는 빛의 큰 중심점과 고리는 빔이 원형 개구부를 통과할 때 생기는 구조 때문이다. 빔이 개구부에 의해 한정된 크기로 제한되기 때문에 점이 확대되며, 링은 개구부의 가장자리에 의해 생성된 빔의 날카로운 가장자리에 관련된다. 이 패턴은 발견자인 조지 에어리의 이름을 따서 에어리 패턴이라고 불린다.
변환 평면에서 빛의 분포를 변경하고 다른 렌즈를 사용하여 시준된 빔을 개혁함으로써 빔의 구조를 변경할 수 있다. 가장 일반적인 방법은 원하는 빛이 통과할 수 있는 빔에 구멍을 뚫는 동시에 빔의 원치 않는 구조에 해당하는 빛을 차단하는 것이다. 특히 중앙의 밝은 부분만을 통과하는 작은 원형 개구부나 '핀홀'은 빔에서 거의 모든 미세 구조를 제거할 수 있어 부드러운 가로 강도 프로필을 만들어 거의 완벽한 가우스 빔일 수 있다. 좋은 광학장치와 매우 작은 바늘구멍으로, 사람들은 심지어 평면 파동에 근접할 수 있다.
실제는 렌즈의 초점 길이, 입력빔의 직경 및 품질, 그 파장(긴 파장은 더 큰 조리개를 필요로 한다)을 기준으로 조리개 지름을 선택한다. 구멍이 너무 작으면 빔의 품질이 크게 향상되지만 동력은 크게 떨어진다. 구멍이 너무 크면 빔 품질이 원하는 만큼 개선되지 않을 수 있다.
사용할 수 있는 조리개 크기 또한 광학의 크기와 품질에 따라 달라진다. 매우 작은 핀홀을 사용하려면 f-숫자가 낮은 포커스 렌즈를 사용해야 하며, 이상적으로는 렌즈가 빔에 유의미한 이상을 가하지 않아야 한다. 그러한 렌즈의 디자인은 f-숫자가 감소함에 따라 점점 더 어려워진다.
실제로 가장 일반적으로 사용되는 구성은 현미경 객관적인 렌즈를 사용하여 빔의 초점을 맞추고, 두툼한 금속 포일 조각에 작고 정밀한 구멍을 뚫어서 만든 조리개를 사용하는 것이다. 그러한 조립품은 상업적으로 구할 수 있다.
구형파
시준된 빔을 개혁하는 두 번째 렌즈를 생략함으로써 필터 개구부는 강도의 점 선원에 근접하며, 이는 구형 파동에 근접한 빛을 생성한다. 작은 개구부는 점 선원의 더 가까운 근사치를 구현하며, 이는 다시 거의 구형 파전선을 생성한다.
참고 항목
참조
- ^ "Understanding Spatial Filters". Edmund Optics website. Edmund Optics. Retrieved 13 January 2014.
- ^ "Spatial Filters". Newport website. Newport. Retrieved 13 January 2014.
