實(shí)驗(yàn)一全息照相

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1、信息光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 目錄 實(shí)驗(yàn)一 全息照相 實(shí)驗(yàn)二 制作全息光柵 實(shí)驗(yàn)三 阿貝成像原理和空間濾波 實(shí)驗(yàn)四B調(diào)制和顏色合成 實(shí)驗(yàn)一全息照相 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解全息照相的基本原理，學(xué)習(xí)拍攝全息圖與再現(xiàn)立體圖像的方法。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 全息照相是一種新型的照相技術(shù)。早在 1948年伽柏（D . Gabor ）就提出了全 息原理。60年代初激光的發(fā)明使全息技術(shù)得到迅速的發(fā)展，并在許多領(lǐng)域得到 了廣泛的應(yīng)用。 無(wú)論從基木原理上，還是從拍攝和觀察方法上，全息照相與普通照相都有本質(zhì)的 區(qū)別。普通照相基于幾何光學(xué)的透鏡成像原理，它所記錄的是物通過(guò)透鏡成像后， 像平面上的光強(qiáng)分布，而失掉了

2、光波的另一個(gè)信息一一位相，因而只能呈現(xiàn)一個(gè) 平面圖像，而失去了立體感。全息照相是基于干涉、衍射的原理。它的關(guān)鍵是引 入一束相干的參考光波，使其和來(lái)自物體的物光波在個(gè)全息干板處相干涉， 底片 上以干涉條紋的形式記錄下物光波的全部信息一一強(qiáng)度和位相，這就是全息照 相名稱的由來(lái)。經(jīng)過(guò)顯影定影等暗室處理后，底片上形成明暗相間的復(fù)雜的干涉 條紋，這就是全息圖。若用與參考光相同的光束以同樣的角度照射全息圖， 全息、 圖上密密的干涉條紋相當(dāng)于一塊復(fù)雜的光柵， 在光柵的衍射光中，會(huì)出現(xiàn)原來(lái)的 物光波，能形成原物體的立體像。因此，全息照像可分為全息記錄和波前重現(xiàn)兩 個(gè)基本過(guò)程，它們的本質(zhì)就是干涉和衍射。 （

3、一）.投射式全息照相 透射式全息照相是指重現(xiàn)時(shí)所觀察的是全息圖透射光的成像。下面對(duì)平面全息圖 的情況做具體的數(shù)學(xué)描述。 1. 全息記錄 設(shè)來(lái)自物體的單色光波在全息干板平面（平面）上的復(fù)振幅分布為： 0（工丿）二 帆 j） 稱為物光波。同一波長(zhǎng)的參考光波在于平板平面上的復(fù)振幅分布為： 尺（工丿）-凡（兀F）xp卩他（壬刈 （2） 稱為參考光波。平板上總的復(fù)振幅分布為： 巾丿）二。（心）+雌丿） （3） / （4） 干板上的光強(qiáng)分布為: 將（I） , （ 2 ） , （ 3 ）式代入（4 ）式中，得出： /（r,＞） = 4/ + 磔-1-4,4 巳xp”（K -必”

4、+ 血4 岳押（炸-啊卅 （5） 適當(dāng)控制曝光量和沖洗條件，可以使全息圖的振幅透過(guò)率 t （ x , y ）與曝光 量E （與光強(qiáng)I成正比）成線性關(guān)系， fg）oU（XJ） 設(shè) f（X J）二 G + pi（T J） : （6） a,B為常數(shù)。這就是全息圖的記錄過(guò)程。 由上面的描述可知，底片上干涉條紋的反襯度為: ELU1X ELIEIL +/ in in / （4） 其中 h廣 |妬+兒I、L =|vJ 干涉條紋的間距則決定于（W R-WQ）隨位置變化的快慢。對(duì)一定的屮R,AR 來(lái) 說(shuō)，干涉條紋的明暗對(duì)比反映了物光波的振幅大小， 即強(qiáng)度因子，干涉條紋的形 狀

5、間隔反映了物光波的位相分布。因此底片記錄了干涉條紋，也就記錄了物光波 前的全部信息一一振幅和位相。 2. 波前重視 用與參考光完全相同的光束照射全息圖，透過(guò)光的復(fù)振幅分布是： 恥j）珂訓(xùn)忱） 卩） 將（2 ） , （ 6 ）式代入上式，整理得出： E g）二兒S+0⑷+爲(wèi)卜p{%）+『％列他）+比4/七訕（2他.-化）］⑻ (8)式中的第一項(xiàng)，具有再現(xiàn)光的特性，是衰減了的再現(xiàn)光，這是 0級(jí)衍射。 (8 )式的第二項(xiàng)，是原來(lái)的物光波乘一系數(shù)，它具有原來(lái)物光波的特性，如果 用眼睛接收到這個(gè)光波，就會(huì)看到原來(lái)的“物”。這個(gè)再現(xiàn)象是虛像，稱為原始 像。(8 )中的第三項(xiàng)，具有與原物光

6、波共扼的位相： exp (-i W 0)，說(shuō)明它代 表一束會(huì)聚光，應(yīng)形成一個(gè)實(shí)像。因?yàn)橛幸晃幌嘁蜃?exp ( 2iW R)存在，這個(gè)實(shí) 像不在原來(lái)的方向上。這個(gè)像叫共扼像。通常把形成原始像的衍射光稱為+ l級(jí) 衍射，把形成共扼像的衍射光稱為一 1級(jí)衍射。 圖1全急記錄 附圖2波就重現(xiàn) 在參考光為球面波的情況下，重現(xiàn)光的點(diǎn)光源和原記錄時(shí)參考光的點(diǎn)光源必須在 相同位置 （相對(duì)于底片），才能得到無(wú)畸變虛像。否則，重現(xiàn)像的位置不同于原來(lái)“物” 的位置，重現(xiàn)像的放大倍數(shù)也不等于 1。照明點(diǎn)光源愈遠(yuǎn)，像愈大，反之像縮 小。要得到無(wú)畸變實(shí)像，應(yīng)以參考光的共扼光一 一束會(huì)聚在原參

7、考光點(diǎn)光源的 會(huì)聚光一一 照明底片。 3. 體全息圖 以上推導(dǎo)中假設(shè)乳膠層無(wú)限薄，全息圖具有平面結(jié)構(gòu)，但這僅在參考光與物光夾 角很?。?0度左右）時(shí)是成立的。當(dāng)物光和參考光夾角較大時(shí)，相近條紋的間 距d《L（ L為乳膠層厚度），這樣的全息圖具有立體結(jié)構(gòu)，就是所謂的“體全 息圖”。其重現(xiàn)是三維衍射過(guò)程，衍射極大值應(yīng)滿足布喇格條件， （附圖24 ）。 重現(xiàn)時(shí)照明光必須以特定的角度入射，才能看到較亮的重現(xiàn)象。同時(shí)士 1級(jí)衍 射不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，因而不能同時(shí)看到虛像和實(shí)像。 （二）.全息照相的特點(diǎn) 由前面的討論可見，與普通照相相比，全息照相主要有以下特點(diǎn)：1、普通照相 只記錄物光波的

8、強(qiáng)度，全息照相則記錄物光波的全部信息。因而普通照相得到的 是二維平面圖像，全息照相得到的是三維的立體像。2、普通成像中，物通過(guò)透 鏡成像在底片上，物、像之間有點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系。全息照相中不用成像透鏡，物像 之間不存在點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系。物上每一點(diǎn)發(fā)出的球面波照在整個(gè)底片上， 反之，底 片上每一點(diǎn)又記錄了所有物點(diǎn)發(fā)出的光波。 因而，如果全息圖被打碎，其中任一 碎片均能再出現(xiàn)的像的全貌，只是分辨率有所降低。 （三）.全息照相的工作條件 要記錄一張較為滿意的全息圖，必須具備以下基本條件： l 、一個(gè)很好的相干光源：全息原理在 1948 年就已提出，但山于沒(méi)有適合的光 源而難以實(shí)現(xiàn)。激光的出現(xiàn)為全息照相提

9、供了個(gè)理想的光源，實(shí)驗(yàn)所用多縱模 He-Ne激光器，其相十長(zhǎng)度約為 20cm。為了保證物光和參考光之間良好的相干 性，應(yīng)盡量使兩束光光程相等。 2 、一個(gè)穩(wěn)定的工作系統(tǒng)：由于全息照相記錄的是非常細(xì)密的干涉條紋， 拍攝過(guò) 程中極小的干擾都會(huì)引起條紋模糊， 甚至無(wú)法記錄。因此，拍攝過(guò)程中要求各光 學(xué)元件與干板必須保持高度的穩(wěn)定性。 全息記錄是在全息臺(tái)上進(jìn)行，全息臺(tái)具有 防震的功能。各元件都用磁性材料固定在全息臺(tái)上。此外，氣流通過(guò)光路，聲波 干擾及溫度變化都會(huì)引起空氣密度的變化， 導(dǎo)致光程的不穩(wěn)定，所以曝光時(shí)應(yīng)避 免大聲喧嘩、敲門、吹風(fēng)等。 3 、高分辨率的感光底片：普通照相用的感光底片由于恨

10、化合物的顆粒較粗， 每 毫米只能記錄 50 到 100 個(gè)條紋，不能記錄全息照相中的細(xì)密條紋。全息照相用 特制的高分辨率感光底片。 三. 實(shí)驗(yàn)儀器 l .He 一 Ne 激光器 L ( 632 8nm ) 2 . 分光鏡 S （半透半反鏡） 3 .二維調(diào)整架：SZ-07 4 . 平面反射鏡 Ml 5 . 二維調(diào)整架： SZ-07 6 . 擴(kuò)束鏡 Ll : f=15mm 7．二維調(diào)整架： SZ-07 8 ．平面反射鏡 M2： 9．二維調(diào)整架： SZ-07 10 ．?dāng)U束鏡 L2: f=4.5mm 11．二維調(diào)整架： SZ-07 12 ．小物體

11、13．載物臺(tái)： 14 ．全息干板 P： 15?干版架：SZ-12 16 通用底座 ：SZ-04 17．通用底座： SZ-04 18 ．通用底座： SZ-04 19.通用底座：SZ-04 20. 通用底座： SZ-04 21.通用底座：SZ-04 22. 通用底座：SZ-04 23.通用底座：SZ-04 24. 毛玻璃屏 25.通用底座：SZ-04 四?儀器實(shí)物圖及原理圖 圖 4 (1) 圖4⑵

12、 五.實(shí)驗(yàn)步驟 （一）、投射式全息圖的記錄 1. 將所有器件按圖 4 的相對(duì)位置擺放在平臺(tái)上，調(diào)至等高，拿去 Ll 、L2 , 打 開激光器調(diào)好光路。當(dāng)然此時(shí)不能放上全息干版。先用毛玻璃屏代替全息干版。 2 .將物光光束與參考光光束的光程調(diào)至基本相等，光程差接近于 O 。并使兩者 的夾角在 30 度到 40 度之間。 3 .調(diào)M1的傾角，使物光光束照射在物的中間位置，調(diào) M2的傾角，使參考光光 束照射在白紙的中間。 4. 加入 Ll ，調(diào)至其上下、左右、前后位置，使光團(tuán)剛

13、好照全物體，加入 L2 ， 調(diào)節(jié)其上下、左右、前后位置，使光團(tuán)照在毛玻璃屏上，并使其與物光的光強(qiáng)比 在 2 : 1 一 5 : l 之間。 5 . 關(guān)上照明燈，用黑紙擋住激光器的出光口。把干版底片夾到干版架上，應(yīng)使 乳膠面對(duì)著光入射的方向。先靜置激光器 2 一 3 分鐘后移開黑紙，對(duì)干版進(jìn)行 曝光，曝光時(shí)間約為 3 秒一 10 秒，然后，在弱綠光下進(jìn)行顯影和定影，顯影時(shí) 間約 2 一 3 分鐘，定影時(shí)間約為 3 一 5 分鐘。晾干。此時(shí)的干版就是全息圖。 （顯影時(shí)間和定影時(shí)間應(yīng)依照顯影液和定影液的濃度和溫度而定） （二）、投射式全息圖的重現(xiàn) 1 . 用透鏡將激光器擴(kuò)束后照明全息圖，使光照

14、方向沿原參考光的方向，仔細(xì)觀 察虛像。 2 . 平移全息、底片，使其向光源靠近或遠(yuǎn)離，觀察像的變化。 3.用一張有屮=5m的小孔的黑紙貼近全息底片， 人眼通過(guò)小孔觀察全息虛像，你 看到的是再現(xiàn)像的全部還是局部？移動(dòng)小孔的位置，看到虛像 六.顯影液，定影液藥品的配方 顯影液：D 19顯影液. 蒸餾水：（50度）5O0ml 米吐爾：2g 無(wú)水亞硫酸鈉：90g 對(duì)苯二酚：8g 無(wú)水碳酸鈉：48g 溴化鉀：5g 加蒸餾水至1000ml 硫帶硫酸鈉： 240g 硼酸（晶體）: 7 . 5g 定影液：F5定影液。 蒸餾水：（50度）8OOml 無(wú)水亞硫酸鈉： 15g 冰醋（乙）酸：13

15、 . 5g 鉀磯：15g 加蒸餾水至 1000ml 實(shí)驗(yàn)二制作全息光柵 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馊⒐鈻旁?，掌握制作全息光柵的方? 二、 實(shí)驗(yàn)原理 在全息干板上記錄兩列有一定火角的平面波的干涉條紋， 經(jīng)顯影、定影等處理后 就得到全息光柵。低空頻的全息光柵可以采用圖二十三所示的光路來(lái)制作。 它主 要由一塊50 %的分束鏡S、和一塊全反射鏡M組成，中心光路構(gòu)成一個(gè)三角形。 擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直透鏡用以產(chǎn)生平行光。 平行光射到S上分成兩束，這兩束光經(jīng)過(guò)反 射后在全息干板P上相遇發(fā)生干涉， 若在此處放上白屏，可在其上觀察到干涉條 紋，如果條紋太細(xì)可用顯微鏡來(lái)觀察。干涉條紋為等距直條紋，用記

16、錄介質(zhì)全息 干板放在干涉場(chǎng)中經(jīng)曝光、顯影、定影等處理就得到全息光柵。下面討論光柵常 數(shù)的控制方法。如圖5所示I , n兩束干光與P平面的法線交角B 1和B 2，0 =9計(jì)B 2為兩束光的會(huì)聚角。這兩束相干的平行光相互疊加時(shí)產(chǎn)生等距的明暗相 間的直條紋，干涉條紋的間距由下式?jīng)Q定： 2 sin ~—— ⑴ 251、 丁0）皿?。ǔ?@）  當(dāng)兩束光對(duì)稱入射即B仁9 2=9/2 時(shí) 2 當(dāng)0很小時(shí) 當(dāng)所制光柵空頻較低時(shí)，兩束光的會(huì)聚角不大，就可以根據(jù)上式估算光柵的空間 頻率，具體方法是把透鏡l o放在I , n兩束的重合區(qū)，則兩束光在l 的后焦 而上會(huì)聚成兩個(gè)亮點(diǎn)。若兩個(gè)

17、亮點(diǎn)間的趾離為 X。，透鏡焦距為f則有: f (4)~~ 將(4)式代入⑶式得到 d = 即朮柵的牢頻*立 ⑹ 三、實(shí)驗(yàn)儀器 1、He — Ne 激光器 L ( 632.8nm ) 2、二維調(diào)整架：SZ-07 3、擴(kuò)束鏡 LI : f1=4.5mm 4 、二維調(diào)整架：SZ-07 5、準(zhǔn)直鏡 LZ : f2=225mm 6 、分光鏡 S (半透半反鏡) 7、二維調(diào)整架：SZ-07 8、全息干版P 9、干板架：SZ-12 10、通用底座：SZ-04 11、通用底座：SZ-04 12、二維調(diào)整架：SZ-07 13、通用底

18、座：SZ-04 14 、平面反射鏡 M 15、通用底座：SZ-04 16 、通用底座：SZ-04 17、通用底座：SZ-04 18 、讀數(shù)顯微鏡 19、白屏H : SZ-13 20 、讀數(shù)顯微鏡架：SZ-38 儀器實(shí)物圖及原理圖（見圖 7 ） 五、實(shí)驗(yàn)步驟 l 、把全部器件按圖 7 的順序擺放在平臺(tái)上，打開激光器，調(diào)節(jié)激光器輸出的光 束與平臺(tái)面平行，并調(diào)節(jié)各光學(xué)元件表面與激光束的主光線垂直。 2、 調(diào)節(jié)分出的兩光束，使其到達(dá) P （此時(shí)的 P 可用白屏代替）時(shí)的光程差相等． 3、 根據(jù)光柵常數(shù)d =入/[ 2sin （9/2 ）],求出B角的大小。 4、 根據(jù)所求出的

19、B角，調(diào)節(jié)好圖中的B角的大小。、 5、 用全息干板替換白屏，穩(wěn)定 1 分鐘后對(duì)全息干版曝光 2 一 3 秒鐘，然后顯 影約 2 分鐘，定影 5 分鐘，吹干后就可得到全息光柵。（顯影時(shí)間應(yīng)依照顯影 液和定影液的濃度而定） 6、 觀察全息光柵的花樣：用激光束直接照射到所拍的全息光柵上，在光柵后面 的白屏 L 觀察到奇數(shù)個(gè)亮點(diǎn)。中間是 O 級(jí)，對(duì)稱分布在 O 級(jí)兩側(cè)的分別是士 l 級(jí)、士 2級(jí)、……。當(dāng)用白光作為光源來(lái)照射全息光柵時(shí)，光柵能按波長(zhǎng)大 小把光分開，波長(zhǎng)短的光衍射角小，如讓光柵的衍射光通過(guò)透鏡，在透鏡的后焦 面上可得到按波長(zhǎng)大小排列的單色線條，這就是光柵光譜。 7、 在顯微鏡下觀察

20、光柵的槽紋形狀。 8、 讀者可以嘗試去制作二維光柵。 二」 定影液：FS定影液。 蒸餾水：（50度）800ml 硫帶硫酸鈉：240g 無(wú)水亞硫酸鈉：15g 冰醋（乙）酸：13.5g 硼酸（晶體）：7.5g 鉀磯：15g 加蒸餾水至1000ml 阿貝成像原理和空間濾波 六、顯影液，定影液藥品的參考配方 顯影液：D19顯影液。 蒸餾水：（50度）500ml 米吐爾：2g 無(wú)水亞硫酸鈉：90g 對(duì)苯二酚：8g 無(wú)水碳酸鈉：48g 澳化鉀：5g 加蒸餾水至1000ml 實(shí)驗(yàn)三 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解付里葉光學(xué)基本原理的物理意義，加深對(duì)光學(xué)

21、中的空間頻譜和空間濾波等概 念的理解。 、實(shí)驗(yàn)原理 1、傅立葉變換在光學(xué)成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。 在信息光學(xué)中、常用傅立葉變換來(lái)表達(dá)和處理光的成像過(guò)程 設(shè)一個(gè)xy平面上的光場(chǎng)的振幅分布為 g ( x , y ) ，可以將這樣一個(gè)空間分布 展開為一系列基元函數(shù)exp ［iz n (fx+fy )］的線性疊加。 co 魚二| 側(cè)町咖0 (i) Fx, fy為x , y方向的空間頻率，量綱為L(zhǎng)-1; G (fxfy)是相應(yīng)于空間頻率為fx, fy 的基元函數(shù)的權(quán)重，也稱為光場(chǎng)的空間頻率， G (fxfy )可由下式求得： GCv)= J Jghj)旳卜2嘰/> + 〃)］辦血 ⑵ -X

22、 g(x,y )和G (fxfy )實(shí)際上是對(duì)同一光場(chǎng)的兩種本質(zhì)上等效的描述。 當(dāng)g(x,y )是一個(gè)空間的周期性函數(shù)時(shí)，其空間頻率就是不連續(xù)的。例如空間頻 率為f o的一維光柵，其光振幅分布展開成級(jí)數(shù): g?。?工 Q cxp[/2^7/；.r] 相應(yīng)的空間頻率為f=0, f O，f。 2、阿貝成像原理 傅立葉變換在光學(xué)成像中的重要性，首先在顯微鏡的研究中顯示出來(lái)。 E.阿貝 在1873年提出了顯微鏡的成像原理，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。阿貝認(rèn)為，在 相干光照明下，顯微鏡的成像可分為兩個(gè)步驟，第一個(gè)步驟是通過(guò)物的衍射光在 物鏡后焦面上形成一個(gè)初級(jí)衍射(頻譜圖)圖。第二個(gè)步驟則為物

23、鏡后焦面上的 初級(jí)衍射圖向前發(fā)出球面波，干涉疊加為位于目鏡焦面上的像，這個(gè)像可以通過(guò) 目鏡觀察到。 成像的這兩步驟本質(zhì)上就是兩次傅立葉變換，如果物的振幅分布是 g（x,y），可以 證明在物鏡后面焦面x,y上的光強(qiáng)分布正好是g（x,y）的傅立葉變換G（fxfy ）。 （只要令— 7 ~ 2為波R F為物鏡焦距）C A? kF 所以第一步驟起的作用就是把一個(gè)光場(chǎng)的空間分布變成為： 空間頻率分布；而第 二步驟則是又一次傅氏變換將G（fxfy ）又還原到空間分布。 圖8顯示了成像的這兩個(gè)步驟，為了方便起見，我們假設(shè)物是一個(gè)一維光柵， 平行光照在光柵上，經(jīng)衍射分解成為向不同方向的很多束平行

24、光 （每一束平行光 相應(yīng)于一定的空間頻率）。經(jīng)過(guò)物鏡分別聚集在后焦面上形成點(diǎn)陣，然后代表不 同空間頻率的光束又從新在像平面上復(fù)合而成像。 驟起的作用就是把一個(gè)光場(chǎng)的空間分布變成為： 空間頻率分布；而第二步驟則是 又一次傅氏變換將G （人tfr ）又還原到空間分布。 圖8顯示了成像的這兩個(gè)步驟，為了方便起見，我們假設(shè)物是一個(gè)一維光柵， 平行光照在光柵上，經(jīng)衍射分解成為向不同方向的很多束平行光 （每一束平行光 相應(yīng)于一定的空間頻率）。經(jīng)過(guò)物鏡分別聚集在后焦面上形成點(diǎn)陣，然后代表不 同空間頻率的光束又從新在像平面上復(fù)合而成像。 但一般說(shuō)來(lái)，像和物不可能完全一樣，這是由于透鏡的孔徑是有

25、限的，總有一部 分衍射角度較大的高次成分（高頻信息）不能進(jìn)入到物鏡而被丟棄了，所以像的 信息總是比物的信息要少一些，高頻信息主要是反映物的細(xì)節(jié)的，如果高頻信息 受到了孔徑的阻擋而不能到達(dá)像平面， 則無(wú)論顯微鏡有多大的放大倍數(shù)，也不可 能在像平面上分辨出這些細(xì)節(jié)，這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因， 特別當(dāng) 物的結(jié)構(gòu)是非常精細(xì)（例如很密的光柵），或物鏡孔徑非常小時(shí)，有可能只有 O 級(jí)衍射（空間頻率為 0 ）能通過(guò)，則在像平面上就完全不能形成圖像。 3 、光學(xué)空間濾波 上面我們看到在顯微鏡中物鏡的孔徑實(shí)際上起了一個(gè)高頻濾波的作用， 這就啟示 我們，如果在焦平面上人為的插上一些濾波器 （吸收板或

26、移相板）以改變焦平面 上光振幅和位相就可以根據(jù)需要改變像平面上的頻譜， 這就叫做空間濾波。最簡(jiǎn) 單的濾波器就是把一些特殊形式的光闌插到焦平面上， 使一個(gè)或幾個(gè)頻率分量能 通過(guò)，而擋住其他頻率分量，從而使像平面上的圖像只包括一種或幾種頻率分量， 對(duì)這些現(xiàn)象的觀察能使我們對(duì)空間傅立葉變換和空間濾波有更明晰的概念。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 l 、 He 一 Ne 激光器（632.8nm ） 2 、擴(kuò)束鏡 Ll : fl = 4.5mm 3 、 二維調(diào)整架：SZ-07 4 、灘直鏡 LZ : f2 = 190mm 5 、 二維調(diào)整架： SZ-07 6 、一維光柵（25L / mm ）

27、 7 、 干板架：SZ-12 8 、傅立葉透鏡 L3 f3 = 150mm 9 、 二維調(diào)整架： SZ-07 10 、白屏 P : SZ-13 11 、通用底座：SZ-04 12 、通用底座：SZ-04 13 、通用底座：SZ-04 14 、通用底座：SZ-04 15 、通用底座：SZ-04 16 、通用底座：SZ-04 17 、通用底座：SZ-04 18 、頻譜濾波器：SZ-32 四、儀器實(shí)物圖及原理圖 圖9 五、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理 I、用LI、LZ組成擴(kuò)束系統(tǒng)，使其出射的平行激光光束垂直的照射在其狹縫 沿鉛直方向放置的一維

28、光柵上。前后移動(dòng)變換透鏡 L3，使光柵（物）清晰的成 像于離物兩米以外的墻壁上。此時(shí)光柵位置接近于透鏡的前焦面，故透鏡的后焦 面就為其傅氏面，該面上光強(qiáng)的分布即為物的空間頻譜。用白屏 H在透鏡的后 焦面附近慢慢移動(dòng)，在透鏡后焦面上可以觀察到水平排列的一些清晰光點(diǎn)。 這些 光點(diǎn)相應(yīng)于光柵的0，士 1，士 2 級(jí)衍射極大值，用米尺大約測(cè)出各光 點(diǎn)與中央最亮點(diǎn)的距離x，從x以及透鏡的焦距F，光波波長(zhǎng)入，試求出這些 光點(diǎn)相應(yīng)的空頻率。 位置x (mm 空間頻率（1/mm 一級(jí)衍射 二級(jí)衍射 三級(jí)衍射 2、 在L3后焦面（付氏面）處放入頻譜濾波

29、器，檔去 0級(jí)以外的各點(diǎn)，觀察像 而土有無(wú)光柵條紋。 3、 調(diào)節(jié)光欄，使通過(guò)0級(jí)和士 1級(jí)最大值，觀察像面上的光柵條紋像，再把 光欄拿去，讓更高級(jí)次的衍射都能通過(guò)，再觀察像面上的光柵條紋像，試看這兩 種情況的光柵條紋像的寬度有無(wú)變化。 選做： 4、 把一維光柵換成二維正交光柵，再前后移動(dòng)變換透鏡 L3，使光柵（物）清 晰的成像于離物兩米以外的墻壁上。這時(shí)在透鏡后焦面上觀察到二維的分立光點(diǎn) 陣（即正交光柵的頻譜）。在付氏面處加一頻譜濾波器，使通過(guò)光軸的一系列光 點(diǎn)通過(guò)，觀察像平面上一維條紋像的方向。 5、 把頻譜濾波器90度角，讓包含O級(jí)的水平的一排光點(diǎn)通過(guò)，觀察像平面上 一維條紋像的方

30、向。 6、 再把頻譜濾波器45度角，再觀察像面上條紋像的方向。 7、 用網(wǎng)格字替換二維光柵，觀察網(wǎng)格字的像的構(gòu)成。 8、 再將一個(gè)可變圓孔光欄放在付氏面上， 逐步縮小光欄，直到只讓光軸上一個(gè) 光點(diǎn)通過(guò)為止，再觀察網(wǎng)格字的像的構(gòu)成，試與沒(méi)濾波之前的字相比較。 實(shí)驗(yàn)四。調(diào)制和顏色合成 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模哼M(jìn)一步了解空間濾波的概念和了解顏色合成的一種方法 二.實(shí)驗(yàn)原理 B調(diào)制也屬于空間濾波的一種形式，它只是用不同取向的光柵對(duì)物平面的各個(gè)部 分調(diào)制（編碼），通過(guò)特殊濾波器控制像平面相應(yīng)部位的灰度（用單色光照明） 或色彩（用白光照明）的一種方法。 本實(shí)驗(yàn)是用白光照明透明物體，在輸出平面上

31、得到彩色圖像的有趣實(shí)驗(yàn)， 透明物 體就是本實(shí)驗(yàn)中使用的調(diào)制光柵。在這個(gè)光柵上，房子、草地、天空分別由三個(gè) 不同取向的光柵組成。拼圖時(shí)利用光柵的不同取向把準(zhǔn)備 “著上”不同顏色的部 位區(qū)分開來(lái)。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 1 、帶有毛玻璃的白熾燈光源 S 2 、準(zhǔn)直鏡 LI : fI = 225mm 3、二維調(diào)整架：SZ-07 4 、B調(diào)制板（或三維光柵） 5、干板架：SZ-12 6 、傅立葉透鏡 L2 ：f2=150mm 7 、二維調(diào)整架： SZ-07 8 、B調(diào)制頻譜濾波器：SZ-40 9 、傅立葉透鏡 L3 ：f3=150mm 10 、二維調(diào)整架： SZ-07 11

32、、白屏 H : SZ-13 12 、通用底座：SZ-04 13、通用底座：SZ-04 14 、通用底座：SZ-04 15、通用底座：SZ-04 16 、通用底座：SZ-04 17、通用底座：SZ-04 18 、通用底座：SZ-04 四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見圖 10 ) 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1 、把全部器件按圖 10 的順序擺放在平臺(tái)上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸 2 、將光源 S 放于準(zhǔn)直鏡 Ll 的物方焦距 Fl 處，并使從 Ll 出來(lái)的平行光垂直 的照射在B調(diào)制板上。 3、將屏置于離B調(diào)制板I米處，前后移動(dòng)L2 ,使B調(diào)制板的圖像清晰的成在 屏上。 4、 在付氏

33、面上加入B調(diào)制頻譜濾波器， 在B調(diào)制頻譜濾波器上看到光柵的衍射 圖樣。三行不同取向的衍射極大值是相對(duì)于不同取向的光柵， 也就是分別對(duì)應(yīng)于 圖像的天空、房子和草地，這些衍極大值除了 O 級(jí)波沒(méi)有色散以外，一級(jí)、二 級(jí)…都有色散，由于波長(zhǎng)短的光具有較小的衍射角，一級(jí)衍射中藍(lán)光最靠近 0 級(jí)極大，其次為綠光，而紅光衍射角最大。 5、 調(diào)節(jié)B調(diào)制頻譜濾波器上滑塊的過(guò)光的寬度和過(guò)光的位置，使相應(yīng)于草地 的一級(jí)衍射圖上的綠光能透過(guò)，用同樣的方法，使相應(yīng)于房子一級(jí)衍射的紅光和 相應(yīng)于天空部分的一級(jí)衍射的藍(lán)光能透過(guò)，這時(shí)候在屏幕上的像就會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色的 天空，紅色的房子和綠色的草地。 選做： 6、 用三維光柵替換B調(diào)制板，可在像平面上得到七種不同的顏色。 中間部分是 三基色的合成色（白色），外面有三個(gè)區(qū)域分別是兩種基色的合成色，另外三個(gè) 區(qū)域分別是三種顏色。（見附圖 28 ） 圖10 圖11