光信息技術(shù)1 平行光的調(diào)節(jié) - 副本

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1、光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)一平行光的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)一平行光的調(diào)節(jié)調(diào)整光信息實(shí)驗(yàn)光路的基本原則是共軸，即保證整個(gè)光路的光軸平行于工作臺(tái)面且在同一高度上。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解光學(xué)系統(tǒng)主要部件的設(shè)計(jì)原理，熟悉其調(diào)節(jié)方法。2.學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)各個(gè)光學(xué)元件的主光軸位置，使之共軸。3.學(xué)會(huì)使用針孔濾波器，觀察不同口徑針孔的濾波效果。4.理解空間濾波的原理，了解針孔濾波與圓孔衍射的區(qū)別。5.學(xué)會(huì)擴(kuò)束、準(zhǔn)直系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．選擇合適的光機(jī)部件根據(jù)設(shè)計(jì)好的光路選擇合適的光機(jī)部件，包括光學(xué)元件的孔徑、焦距、放大倍率、透過率、表面精度以及光具架調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等，以便把這些光學(xué)元件按光路圖要求方便、準(zhǔn)確地定

2、位到適當(dāng)?shù)目臻g位置上。光學(xué)元件應(yīng)安裝在具有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(包括調(diào)節(jié)維數(shù)、調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度等)的光具架上。光具架的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)應(yīng)連續(xù)平衡、定位穩(wěn)定。使用前應(yīng)輕輕晃動(dòng)光具架的各個(gè)接合部，檢查是否穩(wěn)定。調(diào)整光路前應(yīng)先將所有的微調(diào)螺釘調(diào)至中間位置，使之留有足夠的調(diào)節(jié)余量。2．光學(xué)元件等高同軸的調(diào)整調(diào)整光信息實(shí)驗(yàn)光路的基本原則是共軸，即保證整個(gè)光路中各個(gè)光學(xué)元件的光軸重合。調(diào)整按下列步驟進(jìn)行：①調(diào)整激光器的俯仰和左右旋鈕，使輸出光束始終平行于工作臺(tái)面，可用一小孔光闌在臺(tái)面上移動(dòng)，并保持激光光斑中心始終與小孔重合。②調(diào)節(jié)等高，即使各光學(xué)元件的光學(xué)面中心距離臺(tái)面高度相等，此時(shí)，激光束或其主

3、光線通過各光學(xué)元件的中心，一般可通過俯仰調(diào)節(jié)裝置完成（可借助光闌，使反射光點(diǎn)高度與入射激光相同）。③調(diào)節(jié)同軸，調(diào)整各個(gè)光學(xué)元件相對(duì)入射激光的左右位置，使各光學(xué)元件的中心都處于入射激光光路上，即所有光學(xué)器件的光軸重合。按照實(shí)驗(yàn)光路圖布置好各光學(xué)部件的位置，并觀察光路系統(tǒng)中由各光學(xué)元件表面(包括球面和平面)反射和透射產(chǎn)生的一系列自準(zhǔn)像點(diǎn)，使它們處于標(biāo)準(zhǔn)高度（入射激光為準(zhǔn)）的一條直線上，以便使光學(xué)系統(tǒng)成為共軸系統(tǒng)。3．針孔濾波器3.1濾波器簡(jiǎn)介分類：光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)一平行光的調(diào)節(jié)振幅型濾波器：只改變頻譜的振幅分布，不改變位相分布（1）低通濾波器：濾去頻譜中的高頻部分，只允許低

4、頻通過（低通濾波器主要用于消除圖像中的高頻噪聲）（2）高通濾波器：濾除頻譜中的低頻部分，以增強(qiáng)像的邊緣，或?qū)崿F(xiàn)襯度反轉(zhuǎn)（中央光屏的尺寸由物體低頻分布的寬度而定，主要用于增強(qiáng)模糊圖像的邊緣，以提高對(duì)圖像的識(shí)別能力。由于能量損失較大，所以輸出結(jié)果一般較暗）（3）帶通濾波器：用于選擇某些頻譜分量通過，阻擋另一些分量（4）方向?yàn)V波器：實(shí)際上也是一種帶通濾波器，只是帶有方向性位相型濾波器：位相型濾波器只改變傅里葉頻譜的位相分布，不改變它的振幅分布，其主要功能是用于觀察位相物體。圖2高通濾波器圖1低通濾波器小孔濾波器也稱為擴(kuò)束—濾波器，是振幅型低通濾波器的一種，包括擴(kuò)束鏡（顯微物

5、鏡，焦距極短）和針孔裝置，通常為擴(kuò)束——準(zhǔn)直系統(tǒng)的一部分。針孔濾波器有組合式（如圖3所示）和分布式兩種，均包括擴(kuò)束、濾波兩部分。圖3小孔濾波器結(jié)構(gòu)圖1、2：調(diào)節(jié)小孔左右、上下平移旋鈕；3：改變物鏡與小孔間距的平移旋鈕在光學(xué)信息處理系統(tǒng)中，常在擴(kuò)束鏡后焦點(diǎn)上放置針孔，對(duì)光束進(jìn)行空間濾波，以改善光束質(zhì)量，提高處理的效果。擴(kuò)束鏡通常是短焦距的凸透鏡或顯微物鏡可以把激光光束聚于其焦點(diǎn)上。針孔濾波器的空間濾波就在焦點(diǎn)處進(jìn)行。從空間頻譜的概念來看，如果擴(kuò)束鏡無像差且無衍射雜散光影響，則在聚光點(diǎn)處的光斑是很小光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)一平行光的調(diào)節(jié)的。這相應(yīng)于光斑的零級(jí)頻譜成分。而光斑中那些不

6、均勻的部分，如各種環(huán)狀衍射結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)于光束的高頻成分。它們將出現(xiàn)在擴(kuò)束鏡后焦面上遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的地方。因此如果把直徑很小(一般為5～25μm)的針孔置于焦點(diǎn)附近，只讓零頻通過而擋掉高頻成分，則在針孔后的光場(chǎng)將是非常均勻的（如圖4所示）。那些相當(dāng)于高頻成分的不均勻和衍射環(huán)即會(huì)消失。由頻譜分析知道在激光質(zhì)量不太差、擴(kuò)束鏡的污染又不太嚴(yán)重的情況下，光束的能量絕大部分集中在零級(jí)上，而那些相應(yīng)于不均勻的高頻成分所占的能量在總能量中的比例是微不足道的。因此，正確地使用針孔濾波器，不但可以改善光束質(zhì)量，而且不會(huì)明顯降低光場(chǎng)的光強(qiáng)，即沒有明顯的能量損失。但是，如果擴(kuò)束鏡質(zhì)量過差，或所用的針

7、孔濾波器孔徑過小，以至零級(jí)會(huì)聚點(diǎn)直徑大于針孔直徑，那么使用針孔濾波器之后光強(qiáng)會(huì)明顯降低。圖4空間濾波后的基模光斑3.2低通濾波理論空間頻率濾波利用透鏡的傅里葉變換特性，把透鏡作為一個(gè)頻譜分析儀，利用空間濾波的方式改變物的頻譜結(jié)構(gòu)，改善圖像?？臻g濾波所使用的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)光學(xué)頻譜分析系統(tǒng)，這里介紹常見的兩種類型1）三透鏡系統(tǒng)：圖3三透鏡空間濾波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3中L1、L2、L3分別起著準(zhǔn)直、變換和成像的作用；濾波器置于頻譜平面。設(shè)物的透過率為t（x1，y1），濾波器透過率為F（fx，fy），(注意F與F的區(qū)別）則頻譜面后的光場(chǎng)復(fù)振幅為u2’=T（