傅里叶光学的空间频谱与空间滤波实验.doc

傅里叶光学的空间频谱与空间滤波实验 一、 实验目的1 加深对傅立叶光学中的一些基本概念和基本理论的理解，如空间频率、空间频谱、空间滤波和卷积等。2 验证阿贝成像理论，理解透镜成像的物理过程，进而掌握光学心理处理的实质，也可进一步了解透镜孔径对分辨率的影响。二、 实验原理见纸质预习报告三、 实验仪器：光具座、氦氖激光器、白色像屏、作为物的一维、二维光栅、白色像屏、傅立叶透镜、小透镜四、 实验内容与数据分析1. 测小透镜的焦距f1 （付里叶透镜f2=45.0CM）.光路：激光器望远镜（倒置）（出射应是平行光）小透镜屏操作及测量方法：将小透镜固定，前后移动屏，当屏上亮斑达到最小时，即屏处于小透镜的焦点位置，测量出此时屏与小透镜的距离，即为小透镜的焦距。测得小透镜的焦距f=12.64cm2. 夫琅和费衍射：光路：激光器光栅墙上布屏（此光路满足远场近似）（1）利用夫琅和费衍射测一维光栅常数；光栅方程：dsin=k 其中,k=0,±1, ±2, ±3,原始数据：。（由于级亮斑很不明显，因此测量时选择了级的亮斑）数据处理：（2）记录二维光栅的衍射图样并测量其光栅常数.二维衍射图样如原始数据中所示数据处理：3.利用空间频谱测量一维、二维光栅常数光路：激光器光栅透镜屏（位于空间频谱面上）（1）利用空间频谱的方法测量一维光栅常数 用针孔在纸上确定0，级光点位置，从而计算不同的x和，并由基频测量光栅常数。原始数据：（由于级亮斑很不明显，因此测量时选择了级的亮斑）数据处理：（2）利用空间频谱的方法测量二维光栅常数原始数据见纸制报告数据处理：4.观察并记录下述傅立叶频谱面上不同滤波条件的图样或特征；光路：激光器光栅小透镜滤波模板（位于空间频谱面上）墙上屏思考：空间频谱面在距小透镜多远处？图样应是何样？空间频谱面经过小透镜的焦点，此时图样为清晰的一排点列（1）一维光栅：（滤波模板自制，一定要注意戴眼镜保护；可用一张纸，一根针扎空来制作，也可用其他方法）.a.滤波模板只让 0级通过;现象：屏上只出现一个0级光斑的轮廓，无条纹b.滤波模板只让0、±1级通过;现象：屏上出现平行且竖直的条纹c.滤波模板只让0、±2级通过;现象：屏上出现更为清晰并分布面较大的平行且竖直的条纹（2）二维光栅：a.滤波模板只让含0级的水平方向一排点阵通过；现象：屏上只出现竖直条纹b.滤波模板只让含0级的竖直方向一排点阵通过；现象：屏上只出现水平条纹c.滤波模板只让含0级的与水平方向成45O一排点阵通过；现象：屏上只出现与水平方向成135°方向的条纹d.滤波模板只让含0级的与水平方向成135O一排点阵通过.现象：屏上只出现与水平方向成45°方向的条纹5.“光”字屏滤波物面上是规则的光栅和一个汉字“光”叠加而成，在实验中要求得到如下结果：a.如何操作在像面上仅能看到像面上是横条纹或竖条纹，写出操作过程； 操作过程：在滤波模板上刺穿一排含有0级的水平方向的点阵，将滤波模板放置到透镜的频谱面之前（即模板与透镜的距离小于透镜的焦距），此时，屏上出现三条水平条纹。若想要屏上只出现竖条纹，则只需刺穿一排含有0级的竖直方向的点阵即可。b. 如何操作在像面上仅能看到像面上是空心“光”，写出操作过程.操作过程：在滤波模板上刺穿一排含有0级的水平方向的点阵，将滤波模板放置到透镜的频谱面上，此时，屏上便会显示出“光”字。五、 思考题1 透镜前焦面上是50条/mm的一维光栅，其频谱面上的空间频率各是多少？相邻两衍射点间距离是多少？已知f=50cm,波长为632.8nm。解：由题意克制，光栅常数d=0.02mm,频谱上的空间频率=50n。根据傅立叶变换有=2 用怎样的滤波器能去掉栅笼，把鸡“释放出来”？答：该题原理与实验内容5相同。自制一滤波器，使水平方向的光通过，竖直方向的光滤出。当滤波器所刺位置适当时，可发现笼中的鸡会消失。4