實(shí)驗(yàn)二-θ調(diào)制實(shí)驗(yàn)

頁P(yáng)AGE1實(shí)驗(yàn)二θ調(diào)制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解空間頻率、阿貝成像原理以及θ調(diào)制的原理。2．會(huì)利用光學(xué)原件組裝θ調(diào)制光路。二、實(shí)驗(yàn)原理1．阿貝成像原理阿貝認(rèn)為在相干平行光照射下，顯微鏡的成像可分為兩個(gè)步驟。第一個(gè)步驟是通過物的衍射在物鏡后焦面上形成一個(gè)初級(jí)干涉圖；第二個(gè)步驟則為物鏡后焦面上的初級(jí)干涉圖復(fù)合為像(如圖1所示)。成像的這兩個(gè)步驟本質(zhì)上就是兩次傅里葉變換。物的復(fù)振幅分布是g(x,y)，可以證明在物鏡的頻譜面（后焦面）上的復(fù)振幅分布是g(x,y)的傅里葉變換。所以第一個(gè)步驟起的作用就是把光場(chǎng)分布變?yōu)榭臻g頻率分布。而第二個(gè)步驟則是又一次傅里葉變換將又還原到空間分布g’(x’,y’)。物是空間不同頻率的信息的集合,第一次付立葉變換是分頻的過程,第二次付立葉逆變換是合頻過程,形成新的不同頻率的信息的集合—象.(付立葉變換在物理上代表原函數(shù)—空間周期函數(shù)的頻譜)。如果這兩次傅氏變換完全是理想的，信息在變換過程中沒有損失，則像和物完全相似。但由于透鏡的孔徑是有限的，總有一部分衍射角度較大的高次成分（高頻信息）不能進(jìn)入物鏡而被丟棄了。所以物所包含的超過一定空間頻率的成分就不能包含在像上。如果高頻信息沒有到達(dá)像平面，則無論顯微鏡有多大的放大倍數(shù)，也不能在像平面上分辨這些細(xì)節(jié)。這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因。圖1g(x,y)圖1g(x,y)g’(x’,y’)2．光學(xué)濾波在光學(xué)信息處理中，依據(jù)傅立葉逆變換公式，通過改變頻譜函數(shù)，就可改變象函數(shù)。在頻譜面上人為地放置一些濾波器，以該變頻譜面所需位置上的光振幅或位相，便可得到所需要的象函數(shù)。這個(gè)改變頻譜函數(shù)的過程就是空間濾波。3．θ調(diào)制與空間彩色編碼θ調(diào)制技術(shù)是阿貝原理的應(yīng)用。θ調(diào)制是白光照射透明物體,物體不同部分是取向不同的刻痕光柵,在接收面上形成彩色圖像。第一步入射光經(jīng)物平面發(fā)生夫瑯禾費(fèi)衍射，在透鏡的后焦面上形成一系列衍射斑（即物的頻譜）這一步稱“分頻”。第二步是各衍射斑發(fā)出的球面波在像平面上相干疊加，像就是像平面上的干涉場(chǎng)，這一步稱“合頻”，形成物的像。如果用白光光源照明光柵物片，這會(huì)在頻譜上得到色散彩色頻譜。每個(gè)彩色鋪板的原色分布都是從外相里按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序排列。這是一位光柵的衍射角與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。紅光的波長(zhǎng)最大，衍射角最大，分布在最外面；紫光相反。如果在頻譜面上放置一個(gè)空間濾波器，讓不同方向的譜斑通過不同的顏色，這在像面上得到彩色像。這是利用不同方向的光柵對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)制，因此稱為θ調(diào)制法。又因?yàn)樗鼘D像中的不同部位“編”上不同的顏色，故又稱空間假彩色編碼。三、主要儀器及耗材1：溴鎢燈S 9：紙板架（SZ-50）2：準(zhǔn)直透鏡L1（f′=190mm） 10：白屏（SZ-13）3：二維架（SZ-07） 11：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）4：θ調(diào)制板 12：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）5：干版架（SZ-12） 13：三維平移底座（SZ-01）6：變換透鏡L3（f′=150mm） 14：二維平移底座（SZ-02）7：二維架（SZ-07） 15：二維平移底座（SZ-02）8：不透明硬紙板 16：通用底座（SZ-04）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．觀察彩色圖像溴鎢燈溴鎢燈L1f1物面（θ調(diào)制板）L2頻譜面（紙板）像面f2圖2(1)以溴鎢燈為光源按如圖2所示安置光路。(2)調(diào)整光路，使屏上的像清晰。(3)在頻譜面上放一張不透光的白紙，參看圖用針扎或別的方法，使相應(yīng)于圖的位置透過相應(yīng)的顏色的光的±1級(jí)衍射條紋。(4)在像面上，圖形就顯示出相應(yīng)的顏色。如圖3可以在像面呈現(xiàn)所要的像，即假彩色圖像。注意事項(xiàng)：光學(xué)元件在實(shí)驗(yàn)過程中不可用手觸摸。圖3五、問題與討論課前思考題：1．從阿貝成像原理的觀點(diǎn)來看，物跟像之間經(jīng)歷了幾次傅里葉變換？2．調(diào)制實(shí)