光学信息处理技术实验讲义

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1、长春理工大学光电工程学院光学信息处理技术实验讲义长春理工大学光电工程学院33长春理工大学光电工程学院目录实验一马赫——曾德干涉仪实验2实验二光栅参数特性研究5实验三光学图像相减8实验四利用复合光栅实现光学微分处理12实验五调制空间假彩色编码18实验六阿贝成像原理和空间滤波21实验七全息透镜的设计与制作24实验八数字式光学传递函数测量和透镜像质评价2933长春理工大学光电工程学院实验一马赫——曾德干涉仪实验一．引言现代光学的许多实验都是以马赫——曾德干涉仪的光路为基础的，是最典型的干涉仪通过马赫——曾德干涉仪的各个元部件的调节，搭建和使用，可以训练学生调节光路的技巧，进一步了解干涉的原

2、理。并且为进一步拍摄全息光栅打下基础。二．实验目的1、熟悉所用仪器及光路的调节，观察两束平行光的干涉现象。2、观察全息台的稳定度。3、通过实验考察激光源的相干长度。三．基本原理马赫——曾德干涉仪（Mach-Zehnder;inter-ferometer）是用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器，其光路示意图如图1所示，图1光路示意图它是由两块分束镜（半反半透镜）和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器出射的光束经过扩束镜及准直镜，形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分束板之后分为两束。一束由分束板反射后达反射镜，经过其再次反射并透过另一个分

3、束镜，这是第一束光；另一束透过分束镜，经反射镜及分束镜两次反射后射出，这是第二束光。在最后一块分束镜前方两束光的重叠区域放上屏P。若Ⅰ，Ⅱ两束光严格平行，则在屏幕不出现干涉条纹；若两束光在水平方向有一个交角，那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两束光交角越大，干涉条纹越密。马赫——曾德干涉仪的特点是两光束分得很开，因此用途比较广，比如在空气动力学中可用它来研究气流折射率的变化，用马赫——曾德干涉仪制作各种全息光栅效果很好。四．仪器用具（参见附表）五．实验内容1、调节马赫——曾德干涉仪33长春理工大学光电工程学院基本分为四步：第一步调光束高度及水平（与平台平行）；第二步调平行光；第三

4、步搭光路、量光程；第四步调两光斑的重合。图2是光路实物图。详细步骤如下：（1）调节激光光束的高度及水平。首先要使激光器的高度合适，使其射出的光束与实验中所用光学器件的中心高度基本一致。检查方法可以用一个孔光阑（约2mm），前后移动光阑，使光束都能通过小孔光阑，这说明光束与平台平行。（2）在激光器前面放上扩束镜C及准直镜L，前后移动L，使由L射出的光束为平行光。可以使用平晶来调平行光。（3）在准直镜L的后方分别放入各光学件：两个分数镜、两个反射镜，并如图1所示，把它们摆成一个平行四边形。然后测量光程，使Ⅰ、Ⅱ两束光光程基本一样，并进一步检查各光束是否与工作台面平行。（4）调节两光斑的重

5、合。调节任何一块反射镜，使Ⅰ、Ⅱ两束光在最后一块分束镜的出射面上重合（用擦镜纸放在它前观察），再调节这块分束镜使Ⅰ、Ⅱ两束光在屏幕上重合，再反复调节一次反射镜及最后一块分束镜使两束光在最后一块分束镜面和屏幕面上都很好的重合为止。这时Ⅰ和Ⅱ两束光接近平行，在屏幕面上可以看到干涉条纹，微调最后一块分束镜或任意一块反射镜的转角及仰角则可以改变条纹的宽度和方向。如果前几个步骤调节合乎要求，这时可以观察到竖直的干涉条纹。图2光路实物图2、拍一下全息台，或在台旁的地上跳动，观察干涉条纹的变化及恢复情况。观察全息台的稳定性。3、移动任意一块反射镜，以改变光束Ⅰ的光程，一直到干涉条纹消失，比较光束Ⅰ

6、和Ⅱ两束的光程。估计一下激光光源的相干长度。33长春理工大学光电工程学院附表：序号型号名称重要指标数量1DH-HNK250氦氖内腔激光器250mm;TEM00;2mW12GCO-01M空间滤波器含40X物镜，三种规格针孔13GCM-270150Φ50.8镜架24GCL-010145Φ40f8015GCC-102104反射镜Φ40加强铝26GCM-260245Φ40镜架37GCC-411201分光光楔Φ50光强比5:528GCM-420101小磁座89GCM-1302干板夹110GCM-03030276套筒811GCM-03011276支杆812GCM-1811M激光管夹持器113GC

7、M-5701M光阑133长春理工大学光电工程学院实验二光栅参数特性研究一。引言光栅是一种常用的光学色散元件，它是能够在一定的空间范围内，具有空间周期性分布，并能按一定规律对电磁波进行振幅调制或（和）位相调制的物体或装置。两束相干平行光成一定角度时，在两束光相交区域将形成干涉条纹。用全息干板将干涉条纹拍摄下来便是全息光栅。全息光栅的制作的原理简单，操作方便，所用光路很灵活，利用迈克耳逊干涉仪、马赫－曾德干涉仪、菲涅耳双面镜、Sagnac干涉仪等能形成两束相干