傅立葉光學(xué)實(shí)驗(yàn)報告

1、傅立葉光學(xué)實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)報告陳楊PB05210097物理二班 實(shí)驗(yàn)題目：傅里葉光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模杭由顚Ω道锶~光學(xué)中的一些基本概念和理論的理解驗(yàn)證阿貝成像理論理解 透鏡成像過程掌握光學(xué)信息處理的實(shí)質(zhì)進(jìn)一步了解透鏡孔徑對分辨率的影響。實(shí)驗(yàn)原理：1傅里葉光學(xué)變換F(u,v),f(x,y),f(x,y)exp,i2,(ux, vy)dxdy,二維傅里葉變換為：,xf,x,f,y,f,y,f,1gxFaff()(,),xy( 1 ),復(fù)雜的二維傅里葉變換可以用透鏡來實(shí)現(xiàn)叫光學(xué)傅里葉變換。2.阿貝成像原理由于物面與透鏡的前焦平面不重合根據(jù)傅立葉光學(xué)的理論可以知換，頻譜，不過只有一個位相因子的差別對于一般情況

2、的濾波處理可以不考慮。這個光路的優(yōu)道在透鏡的后焦平面上得到的不是物函數(shù)的嚴(yán)格的傅立葉變點(diǎn)是光路簡單是顯微鏡物鏡成像的情況一可以得到很大的象以便于觀察這正是阿貝當(dāng)時要改進(jìn)顯微鏡的分辨本領(lǐng)時所用的光路。3.空間濾波根據(jù)以上討論：透鏡的成像過程可看作是兩次傅里葉變換即從空間aff(,)gxy(,)gxy(,)xy函數(shù)變?yōu)轭l譜函數(shù)再變回到空間函數(shù)如果在頻譜面上放一不同結(jié)構(gòu)的光闌以提取某些頻段的信息則必然使像上發(fā)生相應(yīng)的變化 這樣的圖像處理稱空間濾波。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 :1. 測小透鏡的焦距 f1 , 付里葉透鏡 f2=45.0CM,.光路:直角三棱鏡?望遠(yuǎn)鏡,倒置, , 出射應(yīng)是平行光 ,?小透鏡?屏。 ,思

3、考:如何測 焦距,夫瑯和費(fèi)衍射 :光路:直角三棱鏡?光柵?墻上布屏,此光路滿足遠(yuǎn)場近似 , ,1, 利用夫瑯和費(fèi)衍 射測一維光柵常數(shù) ,光柵方程:dsin 9 =kX其中,k=0,?1, ?2, ?3, 請自己選擇待測量的量和求光柵常數(shù)的方法。 ,卷尺可向老師索要 , 記錄一維光柵的衍射圖樣、可看到哪些級 記錄 0 級、?1 級、?2 級光斑的位置 ,2, 記錄二維光柵的衍射圖樣 .3.觀察并記錄下述傅立葉頻譜面上不同濾波條件的圖樣或特征 , 光路:直角三 棱鏡?光柵?小透鏡?濾波模板,位于空間頻譜面上 ,?墻上屏思考:空間頻譜面在距小透鏡多遠(yuǎn)處 ,圖樣應(yīng)是何樣 , ,1, 一維光柵:, 濾波

4、模板 自制一定要注意戴眼鏡保護(hù) , 可用一張紙一根針扎空來制作也可用其他方法a. 濾波模板只讓 0 級通過 ;b. 濾波模板只讓 0、?1 級通過;c. 濾波模板只讓 0、 ?2級通過;,2, 二維光柵 :a.濾波模板只讓含0級的水平方向一排點(diǎn)陣通過，b.濾波模板只讓含0級的豎直方向一排點(diǎn)陣通過c.濾波模板只讓含0級的與水平方向成450排點(diǎn)陣通過，d.濾波模板只讓含0級的與水平方向成1350一排點(diǎn)陣通過.4.“光”字屏濾波物面上是規(guī)則的光柵和一個漢字“光”疊加而成在實(shí)驗(yàn)中要求得到如下結(jié)果a. 如何操作在像面上僅能看到像面上是橫條紋或豎條紋寫出操作過程，b. 如何操作在像面上僅能看到像面上是空心

5、“光”寫出操作過程 . 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 :, 詳細(xì)見原始數(shù)據(jù) ,1. 小透鏡的焦距 按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的光路圖排好光路在透鏡后調(diào)節(jié)屏的位置。因?yàn)槿肷渫哥R的是平行光所以光束透過透鏡后應(yīng)在焦點(diǎn)匯聚。當(dāng)屏上的光點(diǎn)最清晰最小最亮?xí)r 便可認(rèn)為此時屏處于透鏡焦點(diǎn)位置。 小透鏡的焦距 (cm) 12.3 12.6 12.6 三次測 量結(jié)果取平均 : 12.5 cm2. 利用夫瑯和費(fèi)衍射測一維光柵常數(shù)，入=6328?,1,在屏上可以看到一維光柵的衍射圖樣圖樣特征為:可以觀察到水平方向的一列點(diǎn)陣。 共可觀察到 9級。0級點(diǎn)最亮奇數(shù)級較偶數(shù)級更亮 奇數(shù)級和偶數(shù)級點(diǎn)亮度都隨級數(shù)的增加而漸弱。 2, 測量點(diǎn)陣中各孔的位置。

6、以 0 級點(diǎn)為原點(diǎn)量出各級點(diǎn)到 0級點(diǎn)的距離K級條紋到中心距離為：K -3 -2 -1 0 1 2 3 S/mm -6.0 -4.0 -2.0 0 2.0 4.0 6.011 則 SSScm,，,，,()(1.121.13)1.12 111122211 SSScm,，,，,()(2.242.25)2.24 121222211 SSScm,，,，,()(3.363.37)3.36 131322251.12.21 則 ,，sin1.601011l70.0052.24.22 ,， sin3.201022l70.00S3.36,23,， sin4.801033l70.00dksi n,由得:k,d,s

7、i n,k,9 , 632.810,5dm, 3.96101,2sin1.610 , ,1 ,922632.810 , , ,5,dm,3.96102,2sin3.210 , 2,933632.810 , , ,5,dm, 3.96103,2sin4.810 , 3,ddd,5123dm, , 3.9610 則 35.傅立葉頻譜面上不同濾波條件的圖樣或特征(1) 一維光柵成像a.在濾波板上扎0級亮點(diǎn)時像平面上有一花形亮斑無條紋。,1b.在濾波模板上扎0級亮點(diǎn)時像平面上有一花形亮斑亮斑上有許多豎 條紋。,1,2c.在濾波模板上扎0 級點(diǎn)時像平面上有一花形亮斑亮斑上有許多豎條紋比b中清晰。原因分析

8、:水平方向扎一排點(diǎn)可保證水平方向全透過。(2)二維光柵成像a.濾波模板上扎0級亮點(diǎn)時像平面上有一花形亮斑,1b.扎水平方向0,級亮點(diǎn)時花形亮斑上豎直方向有條紋。,1c.扎豎直方向0,級亮點(diǎn)時花形亮斑上有水平方向條紋。d.扎方向0,級亮點(diǎn)時花形亮斑上有條紋。，145135(0(0QO,1e.扎方向0,級亮點(diǎn)時花形亮斑上有條紋。13545原因分析:在某一方向扎n個孔時會使此方向光全通過進(jìn)而使其垂直方向有條紋。(3) “光”字屏濾波a.只放透鏡時在像平面上有“光”字被正交條文蓋著。b.用一濾波模板在中間亮點(diǎn)扎一足夠小的孔后條紋會消失。c.扎中間一行亮點(diǎn)時“光”上只剩豎條紋。d. 扎中間一豎列亮點(diǎn)時“光”上只剩橫條紋。原因分析：其原理大致同于第四步第(2)問。思考題：1、在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,1,中如果擋掉零級光斑讓所有高級衍射光斑透過在象平面 得到的像是什么樣的,分析以下情況a.光柵透光縫a光柵周期d/2c.光柵透光縫&=光柵周期d/2。答：(a)當(dāng)ad/2時不能觀察到零級光斑。(c)