傅里叶光学实验报告.doc

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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.

1
2
3

87。41
89。21
86。50

75。22
76。01
74。83

12。19
13.20
11.67

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：

各级坐标
光具位置

—2级
-1级
0级
1级
2级

1
—13。0
—6.9
0
6。8
14。1
126。14
83.05
43。09
2
-12.5
-5.5
0
6.6
13。1
110。15
71.65
38。5
3
—10.6
-5。2
0
6.0
11。0
114.45
80。80
33.65

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45O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135O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。