阿貝成像原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院實(shí) 驗(yàn) 報(bào)告課程名稱 近代物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 阿貝成像原理和空間濾波 專業(yè)班級(jí) 10物師 姓名 鄧新炬 學(xué)號(hào) 2010284102 儀器組號(hào) 指導(dǎo)教師 朱星 成績(jī) 日期 2013年 月 日 一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解透鏡孔徑對(duì)成像的影響和簡(jiǎn)單的空間濾波；2. 掌握在相干光條件下調(diào)節(jié)多透鏡系統(tǒng)的共軸；3. 驗(yàn)證和演示阿貝成像原理，加深對(duì)傅里葉光學(xué)中空間頻率、空間頻譜和空間濾波概念的理解；4. 初步了解簡(jiǎn)單的空間濾波在光信息處理中的實(shí)際應(yīng)用.二.實(shí)驗(yàn)儀器GP-78光具座 JSQ-250氦氖激光器及電源 物（光柵） 透鏡×3（f=15mm、f=70mm、f=225mm） 光闌

2、片。三 實(shí)驗(yàn)原理1、關(guān)于傅里葉光學(xué)變換設(shè)有一個(gè)空間二維函數(shù)，其二維傅里葉變換為： 式中、分別為、方向的空間頻率，是的逆傅里葉變換，即： 該式表示：任意一個(gè)空間函數(shù)可表示為無窮多個(gè)基元函數(shù)的線性疊加。是相應(yīng)于空間頻率為、的基元函數(shù)的權(quán)重，稱為的空間頻譜。理論上可以證明，對(duì)在焦距為的會(huì)聚透鏡的前焦面上放一振幅透過率為的圖像作為物，并用波長(zhǎng)為的單色平面波垂直照明，則在透鏡后焦面上的復(fù)振幅分布就是的傅里葉變換，其中空間頻率、與坐標(biāo)、的關(guān)系為：2、關(guān)于阿貝成像原理成像的這兩個(gè)步驟本質(zhì)上就是兩次傅里葉變換。第一步把物面光場(chǎng)的空間分布變?yōu)轭l譜面上空間頻率分布，第二步則是再作一次變換，又將還原到空間分布。3、

3、空間濾波空間函數(shù)變?yōu)轭l譜函數(shù)，再變回到空間函數(shù)（忽略放大率）。顯然如果我們?cè)陬l譜面（即透鏡的后焦面）上放一些不同結(jié)構(gòu)的光闌，以提?。ɑ蜣饤墸┠承╊l段的物信息，則必然使像面上的圖像發(fā)生相應(yīng)的變化，這樣的圖像處理稱為空間濾波，頻譜面上這種光闌稱為濾波器。濾波器使頻譜面上一個(gè)或一部分頻率分量通過，而擋住其它頻率分量，從而改變了像面上圖像的頻率成分。例如光軸上的圓孔光欄可以作為一個(gè)低通濾波器，而圓屏就可以用作為高通濾波器。四 實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)光路調(diào)節(jié)在光具座上將小圓孔光闌靠近激光管的輸出端，上下左右調(diào)節(jié)激光管，使激光束能穿過小孔；然后移遠(yuǎn)小孔，如光束偏離光闌，調(diào)節(jié)激光管的仰俯，再使激光能穿過小孔，重新

4、將光闌移近，反復(fù)調(diào)節(jié)，直至小孔光闌在光具座上平移時(shí)，激光束能通過小孔光闌。2、阿貝成像原理實(shí)驗(yàn)如實(shí)驗(yàn)光路圖在物平面上放上一維光柵，用激光器發(fā)出的細(xì)銳光束垂直照到光柵上，用一短焦距薄透鏡（610cm）組裝一個(gè)放大的成像系統(tǒng)，調(diào)節(jié)透鏡位置，使光柵狹縫清晰地成像在像平面屏上，那么在頻譜面上的衍射點(diǎn)如圖所示。在頻譜面上放上可調(diào)狹縫或?yàn)V波模板，使通過的衍射點(diǎn)如下圖所示：（a）全部；（b）零級(jí)；（c）零和1級(jí)；分別記錄圖片信息。3、阿貝一波特實(shí)驗(yàn)（方向?yàn)V波）（1）光路不變，將一維光柵的物換成二維正交光柵，在頻譜面上可以觀察到二維分立的光點(diǎn)陣（頻譜），像面上可以看到放大了的正交光柵像，測(cè)出像面上的網(wǎng)格間距。

5、（2）在頻譜面放上可旋轉(zhuǎn)狹縫光闌（方向?yàn)V波器），在下述情況：（a）只讓光軸上水平的一行頻譜分量通過；（b）只讓光軸上垂直的一行頻譜分量通過；（c）只讓光軸上45°的一行頻譜分量通過。記錄像面上的圖像變化、像面上條紋間距，并做出適當(dāng)?shù)慕忉?。?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理1. 1解釋阿貝成像實(shí)驗(yàn)a 全部b 零級(jí)c 45°角（0、±1級(jí)）傅氏面上通過的衍射像面圖像記錄分析a全部中間亮且最長(zhǎng)、兩側(cè)亮度漸低且漸短的豎條紋光全部通過，光信息無遺失b0級(jí)邊緣模糊亮斑只有零級(jí)，無法成像c0、±1級(jí)豎條紋組成的紅色亮斑干涉成像，只顯示大體2解釋阿貝-波特實(shí)驗(yàn)a 全部c左斜線d橫線e 豎線a全部正交線條紋。無干涉，不成像c橫線豎條紋，中間最亮最長(zhǎng)，兩側(cè)變暗并且變短通過橫向一維光柵信息d豎線橫條紋，中間最亮最長(zhǎng)，兩側(cè)變暗并且變短通過豎向一維光柵信息在頻譜面上放上可調(diào)狹縫或?yàn)V波模板，擋去頻譜某些空間的頻率成分，則會(huì)使像發(fā)生變化。3空間濾波像屏上出現(xiàn)一放大倒立紅色“