[科普中国]-非相干性

非相干性简介

非相干性（Incoherence）1指随机性辐射。普通的光线为非相干光，而激光则是高度的相干光。

非相干情况下，系统的物像关系为：

是几何光学理想像的强度分布

是非相干脉冲响应，也叫强度点扩散函数，是点物产生的像斑的强度分布。

非相干照明下，像的强度分布是理想像的强度分布与强度点扩散函数的卷积。

非相干光的发光机理由于普通光源具有随机性辐射特征，普通光源就具有非相干性，也就是非相干光。

当原子中大量的电子受外来激励而处于激发状态。处于激发状态的电子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向外辐射电磁波。当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即为可见光。电子的每一次跃迁时间很短（10-8s）。由于一次发光的持续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、振动方向一定而长度有限的一个波列。由于原子发光的无规则性，同一个原子先后发出的波列之间，以及不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，且振动方向与频率也不尽相同，这就决定了两个独立的普通光源发出的光不是相干光，因而不能产生干涉现象。

非相干光源例子——LED光源一般认为 LED 为非相干光源。 LED 不含有激光的光学谐振腔，是利用P-N 节中的辐射出来的荧光。 LED 光源的频谱宽度较大，时间相干性很低。而且 LED 的发光面积相远远大于常见相干光源的发光面积。所以 LED 光源的空间相干性也远远低于常见相干光源2。

LED 光源发光基本原理LED 是由 GaAs， GaAsP 等Ⅲ -Ⅴ 族半导体化合物构成，就有一般半导体的基本性质，即 P-N 结在正向电压下导通，在反向电压下截止，以及半导体的反响击穿特性。它与不同半导体不同的是，当 LED 中 P-N 结的电子、空穴进行扩散运动过程中，会在 P-N 结上形成一个与电子空穴扩散方向相反的电压 e△ V，通过这个势垒电压的不断加大，扩散过程逐步达到动态平衡。此时在 P-N 结上加以正向电压， P-N 街上的势垒 e△V 降低，电子与空穴在P-N结上重新结合，并将能量以光能的形式释放出来。

LED 光源的基本结构LED 发射的是自发辐射光（非相干光）。大多的 LED 采用了双异质结结构，把有源层夹在 N 型介质和 P 型介质限制层之间， LED 与激光不同，本身没有光学谐振腔。发光二极管（LED）分为正面发光型和侧面发光型，
其中正面发光型的 LED 驱动电流相对较小， 但光功率一般大于侧面发光型的LED3。

相干光处理与非相干光处理比较相干光系统与非相干光系统相干光系统：在相干处理系统中，输出光强除了是输入光强的叠加外，还存在相干项的影响。

非相干光系统：由于输入图像各点的光互不相干，互相关项的平均值为零。也就是，非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。

比较相干——振幅叠加——可正可负——可完成加、减、乘、除、微分、卷积等运算

非相干——光强叠加——实函数—— 无上述运算

相干光处理系统存在的不足1） 噪声太大

相干噪声：由光路中的尘埃，指纹，擦痕，元件的缺陷，气泡等引起得干涉。

散班噪声：由漫射物体表面的起伏粗糙而引起的无规干涉。

2）只能处理透明图片（复振幅分布）而不能利用光强接收器得到的信号做为输入信号

3）只能处理单色图象，对彩色图象则无能为力。

4）而非相干系统正好可弥补相干系统的上述不足，即不存在上述不足。