傅里叶光学实验教案

傅里叶光学实验教案
实验简介
傅里叶光学是光学的一个重要分支，它利用傅里叶分析的数学方法来解决光学问题。

傅里叶分析之所以能应用于光学，主要是因为光学系统在一定条件下的线性和空间不变性。

傅里叶变换可以从光谱的角度分析图像信息。

在光学系统中，与通信理论相对应的时间谱称为空间谱。

为了提高图像信息的质量或提取图像信息的某些特征，可以使用空间滤波。

实验原理
示意图和简要说明
用平行光照射放置在傅里叶透镜物焦平面上的像(如光栅)，在其像焦平面上获得像的傅里叶谱。

由于透镜孔径的限制，图像的高频分量(如光束1和2)无法到达像焦平面和像平面，因此成像的清晰度(即分辨率)降低。

教学xx
傅里叶变换的定义和基本性质。

n透镜的傅里叶变换特性。

阿贝成像和空间滤波的基本概念。

教学困难
n空间滤波和现象观察的实现
自测
为什么实验中使用的傅里叶透镜一般孔径更大，焦距更长？
答：因为像谱的大小为：x'/lf，同一幅像的焦距越长，其衍射谱的大小就越大，这样就更容易对光谱进行处理，比如滤除某个光谱成分。

镜头光圈越大，透射的高频成分越多，图像越清晰。

一般的透镜系统可以看作是高通滤波器或低通滤波器。

为什么呢？
答：一般的镜头系统可以看作是低通滤波器。

由于透镜的孔径有限，一般只有与光轴倾角小的光束，即低频成分才能通过。

如示意图所示，与光轴倾角较大的光束无法进入光学系统成像。

N显微镜物镜的成像分辨率依赖于什么指标？
答：数值孔径，根据瑞利准则，显微镜物镜能够分辨的物体细节是：显微镜物镜的数值孔径与放大率相匹配，显微镜物镜的放大率越大，数值孔径越大。

n实验装置见示意图，图为d周期。