阿贝成像原理实验报告.docx

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阿贝成像原理实验报告

佛山科学技术学院

实验报告

课程名称近代物理实验实验项目阿贝成像原理和空间滤波

专业班级10物师姓名邓新炬学号02仪器组号

指导教师朱星成绩日期2013年月日

一.实验目的

1.了解透镜孔径对成像的影响和简单的空间滤波；

2.掌握在相干光条件下调节多透镜系统的共轴；

3.验证和演示阿贝成像原理，加深对傅里叶光学中空间频率、空间频谱和空间滤波概念的理解；

4.初步了解简单的空间滤波在光信息处理中的实际应用.

二.实验仪器

GP-78光具座JSQ-250氦氖激光器及电源物（光栅）

透镜×3（f=15mm、f=70mm、f=225mm）光阑片。

三实验原理

1、关于傅里叶光学变换

设有一个空间二维函数

，其二维傅里叶变换为：

式中

、

分别为

、

方向的空间频率，

是

的逆傅里叶变换，即：

该式表示：

任意一个空间函数

可表示为无穷多个基元函数

的线性叠加。

是相应于空间频率为

、

的基元函数的权重，

称为

的空间频谱。

理论上可以证明，对在焦距为

的会聚透镜的前焦面上放一振幅透过率为

的图像作为物，并用波长为

的单色平面波垂直照明，则在透镜后焦面

上的复振幅分布就是

的傅里叶变换

，其中空间频率

、

与坐标

、

的关系为：

2、关于阿贝成像原理

成像的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换。

第一步把物面光场的空间分布

变为频谱面上空间频率分布

，第二步则是再作一次变换，又将

还原到空间分布

。

3、空间滤波

空间函数

变为频谱函数

，再变回到空间函数

（忽略放大率）。

显然如果我们在频谱面（即透镜的后焦面）上放一些不同结构的光阑，以提取（或摒弃）某些频段的物信息，则必然使像面上的图像发生相应的变化，这样的图像处理称为空间滤波，频谱面上这种光阑称为滤波器。

滤波器使频谱面上一个或一部分频率分量通过，而挡住其它频率分量，从而改变了像面上图像的频率成分。

例如光轴上的圆孔光栏可以作为一个低通滤波器，而圆屏就可以用作为高通滤波器。

四实验步骤

1、实验光路调节

在光具座上将小圆孔光阑靠近激光管的输出端，上下左右调节激光管，使激光束能穿过小孔；然后移远小孔，如光束偏离光阑，调节激光管的仰俯，再使激光能穿过小孔，重新将光阑移近，反复调节，直至小孔光阑在光具座上平移时，激光束能通过小孔光阑。

2、阿贝成像原理实验

如实验光路图在物平面上放上一维光栅，用激光器发出的细锐光束垂直照到光栅上，用一短焦距薄透镜（6~10cm）组装一个放大的成像系统，调节透镜位置，使光栅狭缝清晰地成像在像平面屏上，那么在频谱面上的衍射点如图所示。

在频谱面上放上可调狭缝或滤波模板，使通过的衍射点如下图所示：

（a）全部；（b）零级；（c）零和

1级；分别记录图片信息。

3、阿贝一波特实验（方向滤波）

（1）光路不变，将一维光栅的物换成二维正交光栅，在频谱面上可以观察到二维分立的光点阵（频谱），像面上可以看到放大了的正交光栅像，测出像面上的网格间距。

（2）在频谱面放上可旋转狭缝光阑（方向滤波器），在下述情况：

（a）只让光轴上水平的一行频谱分量通过；（b）只让光轴上垂直的一行频谱分量通过；（c）只让光轴上45°的一行频谱分量通过。

记录像面上的图像变化、像面上条纹间距，并做出适当的解释。

五实验数据和数据处理

1.1解释阿贝成像实验

a全部

b零级

c45°角（0、±1级）

傅氏面上通过的衍射

像面图像记录

分析

a

全部

中间亮且最长、两侧亮度渐低且渐短的竖条纹

光全部通过，光信息无遗失

b

0级

边缘模糊亮斑

只有零级，无法成像

c

0、±1级

竖条纹组成的红色亮斑

干涉成像，只显示大体

2

解释阿贝-波特实验

a全部

c左斜线

d横线

e竖线

a

全部

正交线条纹。

无干涉，不成像

c

横线

竖条纹，中间最亮最长，两侧变暗并且变短

通过横向一维光栅信息

d

竖线

横条纹，中间最亮最长，两侧变暗并且变短

通过竖向一维光栅信息

在频谱面上放上可调狭缝或滤波模板，挡去频谱某些空间的频率成分，则会使像发生变化。

3空间滤波

像屏上出现一放大倒立红色“光”字

六实验结果

实验结果如上。

不同角度的傅叶面通过的衍射成像信息不同。

七实验分析

通过该实验，我收获很大，特别是在调节光路时，要细心，同时还要耐性。

要认真分析成像的原因。