【文章內(nèi)容簡介】 （ 6） 為強調(diào)這個關(guān)系，圖 2(c2)的縱坐標由這個卷積表達式標注 由此可見、連續(xù)函數(shù)經(jīng)過周期為 xT 的無窮 ? 序列取樣離散后，其頻譜與原函 數(shù)頻譜相比有兩點區(qū)別 ： （ 1） 頻譜發(fā)生了周期為 xT1 的周期延拓如果原函數(shù)的頻譜寬度大于 xT1 時 ,則產(chǎn)生頻譜混疊，引入失真． 9 (2)離散信號頻譜 ? ?yfG xTx ,的幅度是原函數(shù)頻譜 ? ?yfG x, 的 xT1 倍 . 然而．上面對連續(xù)函數(shù)被無窮 ? 序列取樣離散的后的頻譜研究只是一個理論結(jié)果、因為實際上不可能作取樣點為無限多的數(shù)值計 算．并是，由于離散傅里葉變換事實上討論的是在空域及頻域均是周期離散函數(shù)的傅里葉變換問題．還要將離散函數(shù)截斷及延拓才能滿足要求因此，將空域非周期的離散函數(shù) (圖 2(c1))先通過下述矩形宙函數(shù)圖2(d1))截斷 : ? ????????? ,0 22,1 xxxT TLxTrx (7) 得到具有從 xN 個點的的離散分布 (圖 2(e1)): ? ? ? ? ? ? ? ?xrxyxgyxg LxTxT xr ?, ? (8) 然后，再將截斷后的部分進行周期為 xL 的延拓，形成圖 2(g1)的周期離散序列 : ? ? ? ? ?,2,1,0, ????? kykLxgyxg xT x r kT x r k (6) 按照傅里葉變換理論，空域中矩形窗函數(shù)圖今 2(d1)與離散序列圖 2(c1)的乘積的頻譜函數(shù)、可表為矩形函數(shù)的頻譜函數(shù) ? ?xLx fR (圖 2(d2))與圖 2(c1)的頻譜函數(shù)圖 2(c2)的卷積： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?xLxxxxxT x r fRfTyfGyfG ???? , (9) 對應的頻譜函數(shù)曲線 示于圖 2(e2). 由圖可見由于矩形宙函數(shù)的頻譜 ? ?xLx fR 具有較大的起伏變化的傷瓣，卷積運算的結(jié)果佼圖 2(c2)的頻譜曲線形狀產(chǎn)生了失真 (為說明問既圖中略有夸大 )．將圖 2(c2)與圖2(a2)比較不難發(fā)現(xiàn) ,現(xiàn)在得到的是帶有畸變的原函數(shù)頻譜的周期延拓曲線，延拓周期為xT1 ． 離散傅里葉變換是對空域及領(lǐng)域均為周期離散函數(shù)的變換，因此 , 圖 2(e2)的曲線還將被周期為 xT1 的梳狀函數(shù) (圖 2(f1))取樣．其結(jié)果是一個周期為 xN 的頻域的離散函數(shù)〔圖 2(g2)).在頻域進行上面頻譜函數(shù)與梳狀函數(shù)的乘積取樣時，就對應著它們在空域原函數(shù)的卷積運算．圖 2(e1)與圖 2(f1)的函數(shù)在空域卷積運算的結(jié)果成為一周期為xN 的空域離散函數(shù)圖 2(g1))． 10 空域及領(lǐng)域離散函數(shù)均以 xN 為周期，我們只要分別知道一個周期內(nèi)的離散值或樣本點使可以了解離散函數(shù)全貌．離散傅里葉變換或其快速算法 FFT， 便是完成 從空域到頻域、以及從頻域到空域的這 xN 個樣本點的汁算方法． 至此，我們已經(jīng)知道，離散傅里葉變換是博里葉變換的一種近似計算只要能 夠?qū)⒀苌涞挠嬎惚頌榫矸e的形式，并了解離散傅里葉變換與博里葉變換間的定量關(guān)系，采取合適的措施抑制晌曳便能對衍射問題求解． 將菲涅耳衍射積分的卷積形式 : ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 002020200 2e x p,e x p, dydxyyxxdjkyxUdj jk dyxU ?????? ???? ?? ??????? （ 10） 中的二次項展開后得 : ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 00002202022202e x p2e x p,2e x pe x p,dydxyyxxdjyxdjkyxUyxdjkdj j k dyxU?????? ??????????????? ???????? ???? ?????? ? ?? （ 11） 設 ? ?000 , yxU 為物平面光波復振幅；根據(jù)第（ 10）式，經(jīng)距離 d 的衍射到達觀測平面的光波復振幅 ? ?yxU , 可由下形式的菲涅耳衍射積分表出 : ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 00002020200222e x p2e x p,2e x pe x p,dydxyyxxdjyxdjkyxUyxdjkdj j k dyxU?????? ?????????????? ???????? ??? ? ??? ? ?? （ 12） 式中 1??j ， ? 為光波波長， ??2?k . 若利用快速傅里葉變換 FFT 進行計算 式．物平面取樣寬度為 0L? ，取樣數(shù) 為 NN? ,取樣間距為 NLx 000 ????? ，（ 12）式可寫為 : ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ?? ?dypdxpynxmdjkynxmUF F Tyqxpdjkdj j k dyqxpU??????????? ?????? ???????????? ??????,2020000222ex p,2ex pex p, )12,12,2,( ????? NNNnmqp ? (13) 11 式中， yx ??? 是離散傅里葉變換后對應的空域取樣間距．為確定這個數(shù)值，根據(jù)前面對離散傅里葉變換的討論，（ 13）式的計算結(jié)果將是取值范圍 01 x? 的 NN? 點的離教值．即 : 001 LNxdL ?????? 或者， 0LdnL ??? ? (14) 因此 0LdNLyx ??????? ? (15) 對（ 10）式兩邊作博里葉變換并利用空域卷積定律得 : ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ?????? ?????? ?? 22020 2e x pe x p, yxdjkdj j k dfyxUFyxUF ? （ 16） 令 yx ff, 是頻域坐 標可以定義菲涅耳衍射傳遞函數(shù)為 : ? ? ? ? ? ? ?????? ?????? ?? 222e xpe xp, yxdjkdj j k dFffH yxF ? （ 17） 光是一種電磁波，按 jwte 的規(guī)律隨時間傳播，電光源發(fā)粗的是一組球面波，設光源位于坐標原點處，以速度 v 在電容率為 ? 的介質(zhì)中傳播，當光到達半徑為 r 的求面時，光的場強 E 是 tr, 的函數(shù)，可以表示為 : ? ? ? ? ? ? ? ?? ?krwtjrErtjwrEtrE ???????? ?????? ?? e xpe xp, ??? ? （ 18） 其中 ??? 2?? wk 稱為波數(shù)， ? ?trE,? 為光矢量 .點光源從原點出發(fā)的球面波，能量密度為 : 221 Ew ??? （ 19） 以 v 表示單位時間內(nèi)光矢量所在空間的體積，則單位時間內(nèi)通過整個球面的能量為 : 12 VEW 221 ??? （ 20） 而 ? ? 0EkrE ???? （ 21） 式中 0E 是與光源振動有關(guān)的常數(shù)， k? 是與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，則 ? ? ? ?? ?krwtjErktrE ??? e x p, 0? （ 22） 為簡便，只考慮某時刻的振動，含時間的項 jwte 可省去。在光學系統(tǒng)中，光從出射光瞳射出，取光瞳坐標為 ? ?00,yx ，觀察平面的坐標為 ? ?yx, ，兩坐標系相平行，原點在它們的公共垂線上，相距為 0z 見圖（ 3） 圖 3 衍射 光強分布圖 光瞳面上任意一點 s ? ?00,