1阿贝波特实验.pdfVIP

阿贝-波特实验 阿贝于1874年提出的二次衍射成像理论，以及阿贝本人于1893年然后是波特于 1960年后发布了验证这一理论所做的实验，称为阿贝—波特实验，科学地说明了成像 质量与系统传递的空间频谱之间的关系，为空间滤波奠定了基础。本实验就是要学习 和实践他们的理论和实验。 实验目的 1．熟悉阿贝成像原理及其与几何成像的差异 2．学会做阿贝-波特实验 3．了解空间滤波的物理意义，并学会空间滤波实验。 实验原理 阿贝成像理论 众所周知，只要物平面、透镜和像平面的位置合适，透镜就能成像，这个过程称为一次成 像过程。这属于几何光学的物理观念。阿贝研究显微镜成像问题时，提出了一种不同于几何光 学的新观点：两步成像过程。他将物体看成是不同空间频率信息的集合，相干成像过程分两步 完成，如图1所示。第一步是入射光场经物平面Ｐ1发生夫琅和费衍射，在透镜后的焦平面Ｐ2 图1 阿贝成像原理 上形成一系列衍射斑。第二步是各衍射斑作为新的次波源，其发出球面次波，在像面上互 相叠加，形成物体的像。将显微镜成像过程看成是上述两步成像的过程，是波动光学的观 点，后来人们称其为阿贝成像理论。阿贝成像理论不仅用傅里叶变换阐述了显微镜成像的 机理，更重要的是首次引入频谱的概念，启发人们用改造频谱的手段来改造图像信息。 阿贝-波特实验是对阿贝成像原理最好的验证和演示。这项实验的一般做法如图 2 所 示。下面作具体分析。 （a） （b） (c) (d) (e) 图2 阿贝-波特实验 用平行相干光束照明一张细丝网格，在成像透镜的后焦面上出现周期性网格的傅立叶频谱， 由于这些傅立叶频谱分量的再组合，从而在像平面上复现网格的像。若把各种遮挡物（例如： 光圈、狭缝或小光栏）放在频谱平面上，就能以不同方式改变像的频谱，从而在像平面上得到 由改变后的频谱分量重新组合得到的对应的像。图中2 （a）表示网格（正交光栅）所对应的频 谱分布；2 （b）是使用一条水平狭缝时透过的频谱，对应的像只包括网格的垂直结构。如果将 狭缝旋转9°，则透过的频谱和对应的像如2 （c）所示。若在透镜的焦面上放一个可变光圈， 开始时光圈缩小，使得只通过轴上的傅里叶分量，然后逐渐加大，就可以看到网格的像是怎样 由傅立叶分量一步步地综合出来。如果去掉光圈换上一个小光栏（高通滤波器—黑点）挡住零 级频谱—直流分量，则可以看到网格像的对比度发生变化，甚至发生对比度反转，如图2 （d）。 如果将一个小孔光阑置于频谱面上，则图像发生如图2 （e）所示的变化。这些实验以其简单的 装置十分明确的演示了阿贝成像原理，对空间滤波的作用给出了直观的说明，为光学信息处理 的概念奠定了基础。阿贝-波特实验中更重要的一点是表明了像的结构是直接依靠频谱的结构， 如果改变频谱结构，就能改变像的结构。 实验仪器 XGC-2激光现代光电测试仪：氦氖激光器1个，五维傅氏透镜调节器1个，准直透 镜调节器1个，可变可转动狭缝1个，正交光栅及其支架1个，，观察屏1个，低通 滤波器(小孔光阑)1个，，高通滤波器（黑点光阑）1个。 实验内容 1．布置和调节光路 1.1按如图3所示实验光路的各个光学元件的位置，布置光路。 图3 光学系统 1.2调节光路系统，使扩束镜、准直镜和成像透镜同轴等高，具体方法如下， a．调节激光器输出的激光束平行于全息工作台面：用一直尺量出激光器输出光束在 其出口和较远距离的另一处两个位置的高度，并通过调节激光器的支架，使两 高度相等，则可视为激光束已平行于全息工作台面。 b．插入扩束镜，通过调节扩束镜支架的调节机构，使激光束通过