實驗五4f光學系統(tǒng)ft及ift系統(tǒng)

1、實驗五 實驗五 4f 4f 光學系統(tǒng) 光學系統(tǒng) FT FT 及 IFT IFT 系統(tǒng) 系統(tǒng)一、實驗目的： 一、實驗目的：1． 進一步掌握透鏡的 FT 性質(zhì)，學習 FT 光路的原理2． 應(yīng)用 4f 光學 FT 系統(tǒng)觀察常見圖樣的反傅氏變換（IFT）圖像，并與 FT 頻譜和試件圖樣比較3． 觀察漸暈效應(yīng)二、實驗原理： 二、實驗原理：理論基礎(chǔ)：衍射理論，角譜理論透鏡之所以能夠做 FT，根本原因在于透鏡的二次位相因子對入射波前起到位相調(diào)制作用

2、。若以透鏡后焦面為觀察平面，物體相對于會聚透鏡 發(fā) 0 d生變化時，可以研究透鏡的 FT 性質(zhì)。圖 1 表示物體緊靠透鏡放置 FT 光路，物體指透射型薄平面試片。采用振幅 A 的單色平面波照明，為求出透鏡后焦面上的光強分布 Uf，須逐面求出透鏡前后平面光場分布 Ul、Ul'（l 指 lens）設(shè)物體的復振幅透過率 t（x，y） ，則有(1) ) , ( ) , ( y x t A y x U l ? ?不計透鏡孔徑作用，透鏡的復

3、振幅透過率(2) ? ?? ??? ?? ? ? ? 2 22 exp ) , ( y x fk j y x tl那么(3) ) , ( ) , ( ) , ( y x t y x U y x U l l l ? ? ?光波從透鏡傳播 f 距離后，根據(jù)菲涅爾衍射公式(4)? ?? ?2 22 21 ( , ) exp 2( , )exp 2f f f f flk U x y j x y j f fk U x y j x y f?? ?

4、? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?式中 ，不計常量相位因子。將 1，2，4 式代入 3 式，得： xfy f xfx ffyfl ? ? ,(5) ? ? ? ? ??? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? fyfx T y x fk j f jA y x uf ff f f f f ? ? ? , 2 exp ) , ( 2 2試片t(x,y) tl(x,y)fUf Ul Ul’圖

5、1(7)2 ( ', ') , exp ( ' ')( ', ')f ff f f fx y U x y T j x x y y dx dy f f fCt x y?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ???式中，C 為常數(shù)。于是連續(xù)兩次變換的結(jié)果是在空間域還原一個物體，它是原物體的一個倒像。如果采用反射坐標系，即令 x”=-x,y”=-y，則(8)

6、 ) “ , “ ( ) “ , “ ( y x Ct y x U ?此時，透鏡的作用可看作是實現(xiàn)了對物體頻譜的傅里葉反變換（IFT） 。必須指出的是，當點光源位于有限距離，即采用球面波照明方式，透鏡仍然可起 FT 作用，頻譜面位于光源的像面位置，而不再是后焦面上。另外，透鏡孔徑對 FT 變換有影響。實質(zhì)原因是對參與變換的頻率成分有濾波作用，同低頻，阻高頻，產(chǎn)生漸暈效應(yīng)。 ，孔徑越大，越靠近物體，漸暈效應(yīng)越小。三、實驗光路 三、實驗光路

7、:1 2 3 5 67 89102826242523 21 19 14送計算機27四、實驗步驟： 四、實驗步驟： 1. 擴束2. 在試件夾 19 中裝入任一件 FT 試件3. 在 FT 透鏡 21 的焦面附近移動 CCD，使成像清晰，鎖定 23，同時鎖定 214. 使三角棱鏡 25 轉(zhuǎn)向虛線所示位置，微調(diào) 28，60º方向，鎖定，在試件夾 27 上裝上圖像處理試片（IFT 不需裝試片） ，微調(diào) FT 透鏡 21，觀測計算機上