应用光学实验报告

本学期应用光学共开设八个实验，现对实验之一的阿贝尔成像及空间滤波实验编写实验报告。

（一）实验目的：

1．了解透镜孔径对成像的影响和两种简单的空间滤波。 

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谱和空间滤波概念的理解。

（二）实验仪器选择及用途：  

（三）实验步骤：

1，按下列装置图安装好仪器

2，打开光源，调整各个仪器的位置，直到光屏上面出现清晰的像——天安门。

3，继续调整θ调制滤波器，使得光屏上的天安门呈红色，天空呈蓝色，草地上呈绿色。

4，拍下此时所成的像，并记录此时各仪器的位置。

5，关掉光源及电源，整理仪器。

6，进行数据处理及实验总结。

（四）数据记录与处理

1，实验所得的像如下：

（五）实验总结：

1.在这次实验中，刚开始由于对实验仪器不够熟悉，导致实验结果不理想，实验进程缓慢。

2．通过实验，我了解光学平台、白炽灯光源

S、准直镜L1、θ调制板（三维光栅）、傅里叶透镜、θ调制滤波器S2—40等的使用及其原理，也了解了透镜孔径对成像的影响和两种简单的空间滤波，掌握在相干光条件下调节多透镜系统的共轴，并验证和演示阿贝成像原理，加深对傅里叶光学中空间频谱和空间滤波概念的理解，初步了解简单的空间滤波在光信息处理中的实际应用，真是受益匪浅。

 

第二篇：傅里叶光学实验报告

实验原理：（略）

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

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：打开氦氖激光器，在光具座上依次放上扩束镜，小透镜和光屏，调节各光学元件的相对位置是激光沿其主轴方向射入，将小透镜固定，调节光屏的前后位置，观察光斑的会聚情况，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。

   

    

 

      

2．利用弗朗和费衍射测光栅的的光栅常数

光路：激光器→光栅→屏（此光路满足远场近似）

在屏上会观察到间距相等的k级衍射图样，用锥子扎孔或用笔描点，测出衍射图样的间距，再根据测出光栅常数

（1）利用夫琅和费衍射测一维光栅常数；

    衍射图样见原始数据；

数据列表：

取第一组数据进行分析：

忽略b类不确定度：

则

（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

取一组数据分析：

故

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

取k=1

（2）利用空间频谱的方法测量二维光栅常数

取k=1

比较两种方法计算的结果后发现，二维光栅常数的计算结果相差较大，分析误差产生的原因可能为：

1.衍射光斑是用笔描点记录的，需要依靠试验者的判断，会出现较大误差；

2.光斑的间距是由钢尺测纸上的点而得，由于测量时会产生误差；

       3.利用公式计算式用了近似，也会带来一定的误差；

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

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45^O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135^O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“光”，写出操作过程.

操作过程：在大透镜的后焦面上加一个只让0级中间点通过的滤波模板

b.如何操作在像面上仅能看到像面上是横条纹，写出操作过程；

操作过程：在大透镜的后焦面上加一个只让含0级的竖直方向一排点阵通过的滤波模板

c.如何操作在像面上仅能看到像面上是竖条纹，写出操作过程；

操作过程：在大透镜的后焦面上加一个只让含0级的水平方向一排点阵通过的滤波模板

由实验4.5可得，对像的垂直结构起作用的是沿水平方向的频谱分量，反之亦然。由阿贝成像原理可得，当用空间滤波器提取某些频谱分量时，若已知能产生这些相应的弗朗和费衍射斑的光栅的形状，便可推知其像的图样。

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。

由得

由  

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。在透镜后焦面上加一个自制的只含水平方向一排点阵的滤波模板，放在合适的位置便可使栅笼（竖条纹）去掉。