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1、）安徽科技学院信息光学与激光原理综合实验讲义理学院物理电子系主编：刘念2013年9月目录刖s信息光学综合实验实验一、阿贝成像光路调节与观测1实验二、低通与高通滤波相关实验6实验三、&调制空间假彩色编码实验与光学图象的卷积9实验四、联合傅立叶变换相关图像识别实验13激光原理综合实验实验五、He-Ne激光器的调整与工艺测量16实验六、He・Ne激光器的模式分析19实验七、半导体泵浦激光原理实验24实验八、激光的相位测距27刖吞本实验指导书是合我电子科学与技术专业设置的特点，针对我院物理与电子实验屮心仪器设备的实际情况编写而成。本实验指导书分成两个模块，即信息光学综合实验和激光原理综合实
2、验，每个实验模块四个实验项目，共计八个实验项目。在编写过程中力求做到：实验廿的具体突出，使学生明确实验基木要求和需要掌握的内容；实验原理叙述清楚，使学生在实验中深入掌握理论依据；实验内容和步骤详略得当，使学生能够在实验屮逐步捉高实验技能和动手能力；实验后思考题便于进一步分析、讨论、巩同和提高。在实验指导书编写的过程中，编者得到理学院领导的热情鼓励和人力支持,物电系各位老师的热情帮助，同吋，其他院校的教材也为木指导书的编写提供了很好的借鉴，对此表示衷心感谢。由于编者水平有限，加之编写时间仓促，书中难免冇不足其至错误Z处，恳请老师和同学们捉出宝贵意见，以便不断更新和完善。物理电子实验中
3、心2013.06第一部分信息光学相关实验实验一、阿贝成像光路调节与观测【实验目的】1.通过实验，加深对傅里叶光学屮空间频率、空间频谱等概念的理解；2.了解阿贝成像远离和透镜孔径对透镜成像分辨率的影响。【实验器材】光学平台或导轨及附件，HeW激光器，会聚透镜三块(L：12mi]L：70nn]I;250m),作为物的样品四个，可调狭缝光阑，各种形状模板，屏板和毛玻璃。【实验原理】1•二维傅里叶变换设有一个空间二维函数g(兀刃，其二维傅里叶变换为coG(fxJy)=(兀,y)]=jy)exp[-i27r(fxx+fyy)lxdy(1.1)—8式中几人分别为器y方向的空问频率，其量纲为E
4、1,而ggy)乂是G(fxJy)的逆傅里叶变换，即oog(x,y)=f1g(/v,/v)]=JJG(/v,fy)exp[z2^(/vx+fyy)}lfxdfy(1.2)式(1.2)表示任意一个空金函数g(x,y),可以表示为无穷多个基元函数exp[/2^(/>+/v)0]的线性叠加，G(f.xJy)妙/如是相应于空间频率为人,人的基图M元函数的权重，G(fxJy)称为g(x,y)的空间频率。当gd』)是一个空间周期性函数时，其空间频率是不连续的离散函数。2.光学傅里叶变换理论证明，如果在焦距为F的会聚透镜的前焦面上放一振幅透过率为g(x,y)的图象作为物，并以波长为几的单色平面波垂
5、直照明图象，则在透镜后焦面（D上的振幅分布就是g（s）的傅里叶变换G（人,人），其中几人与坐标丈,y的关系为故面称为频谱面（或傅氏面），见图1—1,由此可见，复杂的二维傅里叶变换可以用一透镜来实现，称为光学傅里叶变换，频谱面上的光强分布则为
6、g（人，人）「称为频谱，也就是物的夫琅禾费衍射图。1.阿贝成像原理阿贝在1873年提出了相干光照明下显微镜的阿贝成像原理，他认为，在相干的光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤：第一步是通过物的衍射光在物镜后焦面上形成一个衍射图，第二步则为物镜后面上的衍射图复合为（屮间）像，这个像可以通过目镜观察到。成像的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换，第一
7、步把物面光场的空间分布g（兀，刃变为频谱面上空家频率分布G（/X9fy）,第二步则是再作一次变换，又将G（fxJy）还原到空间分布g（兀,y）o图1—2显示了成像的这两个步骤，为了方便起见，我们假设是一个一维光栅,单色平行光照在光栅上，经衍射分解成为不同的很多束平行光相应于一•定的空间频率），经过物镜分别聚焦在后焦面上形成点阵，然后代表不同空间频率的光束又重新在像平面上复合而成像。象平面^1-2如果这两傅氏变换完全是理想的，即信息、没有任何损失，则像的物应完全相似（可能有放大或缩小），但一般说来像和物不可完全相似，这是由于透镜的孔径是有限的，总有一部分衍射角度较大的高次成分（高频信
8、息），不能进入到芜菁而被丢失了，所以像的信息总是比物的信息要少一些，高频信息主要反映了物的细节，如果高频信息受到了孔径的限制而不能到达像平面，则无论显微镜有多大的放大倍数，也不可能在像平面上显示出这些高频信息所反映的细节，这是下痿竟分辨率受到限制的根本原因，特别当物的结构非常精细（如很密的光栅）或物镜孔非常小时，有可能只有0级衍射（空间频率为Q）能通过，则在像平面上就完全不能形成像，为加深对上述内容的理解，可参阅“光学成像系统的分辨本领”。【实验步骤】1•光路调节本实
