光信息技术1 平行光的调节

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1、光信息技术实验一平行光的调节实验一平行光的调节调整光信息实验光路的基本原则是共轴，即保证整个光路的光轴平行于工作台面且在同一高度上。一、实验目的1.了解光学系统主要部件的设计原理，熟悉其调节方法。2.学会调节各个光学元件的主光轴位置，使之共轴。3.学会使用针孔滤波器，观察不同口径针孔的滤波效果。4.理解空间滤波的原理，了解针孔滤波与圆孔衍射的区别。5.学会扩束、准直系统的调节和使用。二、实验内容1．选择合适的光机部件根据设计好的光路选择合适的光机部件，包括光学元件的孔径、焦距、放大倍率、透过率、表面精度以及光具架调节机构等，以便把这些光学元件按

2、光路图要求方便、准确地定位到适当的空间位置上。光学元件应安装在具有调节机构(包括调节维数、调节范围和调节精度等)的光具架上。光具架的调节机构应连续平衡、定位稳定。使用前应轻轻晃动光具架的各个接合部，检查是否稳定。调整光路前应先将所有的微调螺钉调至中间位置，使之留有足够的调节余量。2．光学元件等高同轴的调整调整光信息实验光路的基本原则是共轴，即保证整个光路中各个光学元件的光轴重合。调整按下列步骤进行：①调整激光器的俯仰和左右旋钮，使输出光束始终平行于工作台面，可用一小孔光阑在台面上移动，并保持激光光斑中心始终与小孔重合。②调节等高，即使各光学元件

3、的光学面中心距离台面高度相等，此时，激光束或其主光线通过各光学元件的中心，一般可通过俯仰调节装置完成（可借助光阑，使反射光点高度与入射激光相同）。③调节同轴，调整各个光学元件相对入射激光的左右位置，使各光学元件的中心都处于入射激光光路上，即所有光学器件的光轴重合。按照实验光路图布置好各光学部件的位置，并观察光路系统中由各光学元件表面(包括球面和平面)反射和透射产生的一系列自准像点，使它们处于标准高度（入射激光为准）的一条直线上，以便使光学系统成为共轴系统。3．针孔滤波器3.1滤波器简介分类：光信息技术实验一平行光的调节振幅型滤波器：只改变频谱的

4、振幅分布，不改变位相分布（1）低通滤波器：滤去频谱中的高频部分，只允许低频通过（低通滤波器主要用于消除图像中的高频噪声）（2）高通滤波器：滤除频谱中的低频部分，以增强像的边缘，或实现衬度反转（中央光屏的尺寸由物体低频分布的宽度而定，主要用于增强模糊图像的边缘，以提高对图像的识别能力。由于能量损失较大，所以输出结果一般较暗）（3）带通滤波器：用于选择某些频谱分量通过，阻挡另一些分量（4）方向滤波器：实际上也是一种带通滤波器，只是带有方向性位相型滤波器：位相型滤波器只改变傅里叶频谱的位相分布，不改变它的振幅分布，其主要功能是用于观察位相物体。图2高

5、通滤波器图1低通滤波器小孔滤波器也称为扩束—滤波器，是振幅型低通滤波器的一种，包括扩束镜（显微物镜，焦距极短）和针孔装置，通常为扩束——准直系统的一部分。针孔滤波器有组合式（如图3所示）和分布式两种，均包括扩束、滤波两部分。图3小孔滤波器结构图1、2：调节小孔左右、上下平移旋钮；3：改变物镜与小孔间距的平移旋钮在光学信息处理系统中，常在扩束镜后焦点上放置针孔，对光束进行空间滤波，以改善光束质量，提高处理的效果。扩束镜通常是短焦距的凸透镜或显微物镜可以把激光光束聚于其焦点上。针孔滤波器的空间滤波就在焦点处进行。从空间频谱的概念来看，如果扩束镜无像

6、差且无衍射杂散光影响，则在聚光点处的光斑是很小的。这相应于光斑的零级频谱成分。而光斑中那些不均匀的部分，如各种环状衍射结光信息技术实验一平行光的调节构，对应于光束的高频成分。它们将出现在扩束镜后焦面上远离焦点的地方。因此如果把直径很小(一般为5～25μm)的针孔置于焦点附近，只让零频通过而挡掉高频成分，则在针孔后的光场将是非常均匀的（如图4所示）。那些相当于高频成分的不均匀和衍射环即会消失。由频谱分析知道在激光质量不太差、扩束镜的污染又不太严重的情况下，光束的能量绝大部分集中在零级上，而那些相应于不均匀的高频成分所占的能量在总能量中的比例是微不

7、足道的。因此，正确地使用针孔滤波器，不但可以改善光束质量，而且不会明显降低光场的光强，即没有明显的能量损失。但是，如果扩束镜质量过差，或所用的针孔滤波器孔径过小，以至零级会聚点直径大于针孔直径，那么使用针孔滤波器之后光强会明显降低。图4空间滤波后的基模光斑3.2低通滤波理论空间频率滤波利用透镜的傅里叶变换特性，把透镜作为一个频谱分析仪，利用空间滤波的方式改变物的频谱结构，改善图像。空间滤波所使用的光学系统实际上就是一个光学频谱分析系统，这里介绍常见的两种类型1）三透镜系统：图3三透镜空间滤波系统结构图图3中L1、L2、L3分别起着准直、变换和成

8、像的作用；滤波器置于频谱平面。设物的透过率为t（x1，y1），滤波器透过率为F（fx，fy），(注意F与F的区别）则频谱面后的光场复振幅为u2’=T（