文档介绍：实验 10 傅里叶变换光学系统
实验时间：2014 年 3 月 20 日星期四
一、实验目的
了解透镜对入射波前的相位调制原理.
加深对透镜复振幅、传递函数、透过率等参量的物理意义的认识.
3•观察透镜的傅氏变换力图像，观察4f谱特征,然后针对它制备相应的空间滤波器置于变换平面•经第二次衍射合成后,即可达到预期的效果•光学信息处理的原理概念大体就是如此.
三、实验用具与装置图
用具：激光器、准直透镜、傅立叶透镜、傅立叶变换试件、频谱处理器、CCD.
实验装置图如下面所示：
图 4 傅里叶变换光路图
图 5 反傅里叶变换光路装置简图
四、实验过程与结果分析
1 、开启电脑, 运行 csylaser 软件 .
2、将除了样品以外的各个光学元件粗略按照图4 光路固定在实验平台上.
3、打开激光器,用激光束作为参考, 调整好光路,并调整好各个元件距离. 此过程中用白纸在准直系统后来回移动 ,发现光斑并不能维持在一定大小,说明准 ,利用准直立尺确认了不同出射距离光线的高度一致、直径相近,才继续后续操作.
4、在傅里叶透镜焦面位置附近放置CCD,调整前后位置直到显示屏上可看到的光斑最小，说明CCD正好位于透镜焦面上.
5、在准直系统后面放置样品,在显示屏上得到傅里叶频谱的图像如图 6：
图 6 实验所得傅里叶频谱图
分析：由图可见,样品图案的傅里叶频谱为大致成一个"米"字,其中十字最为清晰, 横线为纵向图案透射光场的衍射,纵线为横向图案投射光场的衍射.
中心最大的光斑为光的直流与低频分量 ,向两边扩散的是高频分量 ,而部分高频渐渐隐去的原因是渐晕效应.
若用mat lab模拟出样品图像的傅里叶变换，可得到理论频谱图，如图7：
源图像图像的频谱图
图 7 源图像和理论频谱图
对比图 6，可见频谱成像的质量并不是很好，尤其是斜线十分模糊，原因可能有：
激光器出射激光不是完全水平或者准直系统透镜间距没有调节准确，导致透过样品的光不是水平平行光，没有形成标准的夫琅和费衍射；
光学元件没有严格共轴，导致部分光场无法在观察屏上形成清晰的衍射图样；
调 CCD 位置时，肉眼分辨最小光斑有误差，使得 CCD 没有准确处在透镜焦平面位置；
6、按图 5 在图 4 光路基础上放置反傅里叶透镜,并将 CCD 移至反傅里叶透镜后,调整二者位置,直至可在显示屏上看到边缘平整的倒置样品图案 ,即输入图像的反傅里 8：
图 8 实验所得反傅里叶变换图像可见连续两次傅里叶变换后图像形式基本复原
,结果与理论相符. 图像略有黑斑,可能原因有：
衍射频谱图的缺陷传递给了反傅里叶变换图像 ,如渐晕效应和米字不完整使得反变换后部分像损失；
反傅里叶透镜与傅里叶透镜没有准确相距 2f 或入射傅里叶透镜的光束不平行,影响了成像效果.
7、用白纸在两个透镜间来回移动,找到光斑最小的位置,即为 4f 插入频谱处理器,可得到一系列相应反傅里叶变换输出图如下表第二列 .高通滤波器为一组不透光的细线, matlab 模拟的频谱处理后的输出图与频谱图.