光学信息处理实验报告
傅里叶光学的实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 深入理解傅里叶光学的基本原理和概念。
2. 通过实验验证傅里叶变换在光学系统中的应用。
3. 掌握光学信息处理的基本方法，如空间滤波和图像重建。
4. 理解透镜的成像过程及其与傅里叶变换的关系。
二、实验原理傅里叶光学是利用傅里叶变换来描述和分析光学系统的一种方法。
根据傅里叶变换原理，任何光场都可以分解为一系列不同频率的平面波。
透镜可以将这些平面波聚焦成一个点，从而实现成像。
本实验主要涉及以下原理：1. 傅里叶变换：将空间域中的函数转换为频域中的函数。
2. 光学系统：利用透镜实现傅里叶变换。
3. 空间滤波：在频域中去除不需要的频率成分。
4. 图像重建：根据傅里叶变换的结果恢复原始图像。
三、实验仪器1. 光具座2. 氦氖激光器3. 白色像屏4. 一维、二维光栅5. 傅里叶透镜6. 小透镜四、实验内容1. 测量小透镜的焦距实验步骤：（1）打开氦氖激光器，调整光路使激光束成为平行光。
（2）将小透镜放置在光具座上，调节光屏的位置，观察光斑的会聚情况。
（3）当屏上亮斑达到最小时，即屏处于小透镜的焦点位置，测量出此时屏与小透镜的距离，即为小透镜的焦距。
2. 利用夫琅和费衍射测光栅的光栅常数实验步骤：（1）调整光路，使激光束通过光栅后形成衍射图样。
（2）测量衍射图样的间距，根据dsinθ = kλ 的关系式，计算出光栅常数 d。
3. 傅里叶变换光学系统实验实验步骤：（1）将光栅放置在光具座上，调整光路使激光束通过光栅。
（2）在光栅后放置傅里叶透镜，将光栅的频谱图像投影到屏幕上。
（3）在傅里叶透镜后放置小透镜，将频谱图像聚焦成一个点。
（4）观察频谱图像的变化，分析透镜的成像过程。
4. 空间滤波实验实验步骤：（1）将光栅放置在光具座上，调整光路使激光束通过光栅。
（2）在傅里叶透镜后放置空间滤波器，选择不同的滤波器进行实验。
（3）观察滤波后的频谱图像，分析滤波器对图像的影响。
五、实验结果与分析1. 通过测量小透镜的焦距，验证了透镜的成像原理。
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[光学分析实验平台实验报告] 光学演示实验实验的报告.docx光学演示实验实验报告引言本实验旨在通过光学演示实验平台，深入理解光学现象及其原理，提高实验操作技巧和处理实验数据的能力。
实验内容包括光的干涉、衍射、偏振等基本现象，通过这些实验，我们对光的波动性质有了更深入的认识。
实验原理1.光的干涉：当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，它们的振幅相加，而光强则取决于振幅的平方和相位差。
通过双缝干涉实验，我们可以观察到明暗交替的干涉条纹。
2.光的衍射：光波在传播过程中遇到障碍物时，会绕过障碍物产生衍射现象。
通过单缝衍射实验，我们可以观察到明暗相间的衍射条纹。
3.光的偏振：光波在传播过程中，其电矢量在某一方向上的投影呈周期性变化，这种现象称为光的偏振。
通过偏振片和1/4波片，我们可以观察到光的偏振现象。
实验步骤与数据记录1.双缝干涉实验：我们使用了激光器作为光源，调整双缝间距和光源与屏幕的距离，观察干涉条纹的形状和分布。
实验数据如下：2.单缝衍射实验：我们将单缝置于激光器与屏幕之间，调整单缝宽度和光源与屏幕的距离，观察衍射条纹的形状和分布。
实验数据如下：象。
实验数据如下：当偏振片旋转时，透过偏振片的亮度会发生变化，这是因为偏振片的透振方向与自然光的光矢量方向不同导致的。
当旋转至某一角度时，透射光强度达到最小，这表明自然光经过偏振片后被分解为振幅相等、相位差90°的两束偏振光。
在此角度上，两束偏振光的合成结果使得透射光强最小。
而当旋转至某一角度时，透射光强度最大，这表明自然光经过偏振片后被分解的两束偏振光的合成结果使得透射光强最大。
这些数据反映了光的偏振原理及其在实际中的应用。
结论与讨论通过本次实验，我们对光的干涉、衍射和偏振现象有了更深入的理解。
双缝干涉和单缝衍射实验帮助我们认识到光的波动性质和波动光学的基本原理。
而光的偏振实验则帮助我们理解了光在传播过程中电矢量的变化规律及其在实际应用中的重要性。
光学信息处理实验报告
一、实验目的1. 了解光学信息处理的基本原理和常用方法。
2. 掌握光学傅里叶变换和空间滤波技术。
3. 熟悉MATLAB软件在光学信息处理中的应用。
二、实验原理光学信息处理是利用光学原理对图像进行处理的一种技术，具有处理速度快、并行性好等优点。
傅里叶变换是光学信息处理的核心，可以将空间域的图像转换为频域图像，便于进行滤波、增强等操作。
空间滤波是一种常用的图像处理方法，通过对图像的频域进行滤波，可以去除噪声、边缘提取等。
三、实验内容1. 光学傅里叶变换（1）实验步骤：1）利用MATLAB软件生成一幅随机噪声图像。
2）对图像进行傅里叶变换，得到频域图像。
3）观察频域图像，分析图像的频率成分。
4）对频域图像进行滤波处理，如低通滤波、高通滤波等。
5）对滤波后的频域图像进行逆傅里叶变换，得到处理后的图像。
（2）实验结果：1）原始噪声图像2）频域图像3）滤波后的频域图像4）逆傅里叶变换后的图像2. 空间滤波（1）实验步骤：1）利用MATLAB软件生成一幅含噪声的图像。
2）对图像进行傅里叶变换，得到频域图像。
3）在频域图像上设置一个矩形滤波器，对图像进行滤波处理。
4）对滤波后的频域图像进行逆傅里叶变换，得到处理后的图像。
（2）实验结果：1）原始含噪声图像2）频域图像3）滤波后的频域图像4）逆傅里叶变换后的图像四、实验结果分析1. 光学傅里叶变换通过实验，我们可以看到，傅里叶变换可以将空间域的图像转换为频域图像，便于进行滤波、增强等操作。
在频域图像上，我们可以清晰地观察到图像的频率成分，有助于我们更好地理解图像。
2. 空间滤波空间滤波是一种常用的图像处理方法，通过对图像的频域进行滤波，可以去除噪声、边缘提取等。
实验结果表明，空间滤波可以有效地去除图像噪声，提高图像质量。
五、实验结论1. 光学信息处理技术具有处理速度快、并行性好等优点，在图像处理领域具有广泛的应用前景。
2. 傅里叶变换是光学信息处理的核心，可以将空间域的图像转换为频域图像，便于进行滤波、增强等操作。
大学光学平台实验报告
实验名称：多模式智能响应性光学平台实验实验目的：1. 了解多模式智能响应性光学平台的原理和组成。
2. 掌握实验操作步骤，包括样品制备、激发光源选择、光学性能测试等。
3. 分析不同刺激条件下光学材料的响应特性，探讨其在信息安全应用中的潜在价值。
实验时间：2023年X月X日实验地点：XX大学光学实验室实验人员：XXX、XXX、XXX实验仪器：1. 光谱仪2. 紫外-可见分光光度计3. 高能X射线源4. 热场刺激装置5. 实验样品制备设备实验原理：多模式智能响应性光学平台是一种能够在外界刺激下产生多种响应特性的光学材料。
本实验采用单一稀土发光离子Sm3辅助基质发光的方法，制备了具有多模式响应性的光学材料。
在外界刺激条件下，该材料能够实现发光颜色由蓝紫色到玫瑰粉色的动态变化，从而实现信息的安全传输和识别。
实验步骤：1. 样品制备：- 将Sr2YGaO5材料作为基质，掺杂单一稀土发光离子Sm3，制备成所需的光学材料样品。
- 将制备好的样品进行研磨、过筛等处理，以确保样品均匀性。
2. 激发光源选择：- 选择紫外-可见光作为激发光源，以激发Sm3离子的发光。
- 选择高能X射线源作为激发光源，以测试材料在高能射线激发下的响应特性。
3. 光学性能测试：- 使用光谱仪测试样品在不同激发光源下的发射光谱，分析发光颜色变化。
- 使用紫外-可见分光光度计测试样品在不同激发光源下的吸收光谱，研究材料的光吸收特性。
- 使用热场刺激装置测试样品在不同温度下的发光颜色变化，分析材料的热响应特性。
4. 数据分析：- 对实验数据进行整理和分析，绘制发光光谱、吸收光谱等图表。
- 讨论不同刺激条件下光学材料的响应特性，分析其在信息安全应用中的潜在价值。
实验结果与分析：1. 在紫外-可见光激发下，样品发射光谱呈现蓝紫色，随着激发光强度的增加，发光颜色逐渐变为玫瑰粉色。
2. 在高能X射线激发下，样品发射光谱呈现蓝紫色，与紫外-可见光激发下的结果一致。
光学设计实验报告范文(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本原理和方法。
2. 掌握光学设计软件的使用，如ZEMAX。
3. 学会光学系统参数的优化方法。
4. 通过实验，加深对光学系统设计理论和实践的理解。
二、实验器材1. ZEMAX软件2. 相关实验指导书3. 物镜镜头文件4. 目镜镜头文件5. 光学系统镜头文件三、实验原理光学系统设计是光学领域的一个重要分支，主要研究如何根据实际需求设计出满足特定要求的成像系统。
在实验中，我们将使用ZEMAX软件进行光学系统设计，包括物镜、目镜和光学系统的设计。
四、实验步骤1. 设计物镜（1）打开ZEMAX软件，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择物镜类型，如球面镜、抛物面镜等。
（3）设置物镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化物镜参数，以满足成像要求。
2. 设计目镜（1）在ZEMAX软件中，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择目镜类型，如球面镜、复合透镜等。
（3）设置目镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化目镜参数，以满足成像要求。
3. 设计光学系统（1）将物镜和目镜的镜头文件导入ZEMAX软件。
（2）设置光学系统的其他参数，如视场大小、放大率等。
（3）优化光学系统参数，以满足成像要求。
五、实验结果与分析1. 物镜设计结果通过优化，物镜的焦距为100mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
2. 目镜设计结果通过优化，目镜的焦距为50mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
3. 光学系统设计结果通过优化，光学系统的焦距为150mm，半视场角为20°，成像质量达到衍射极限。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光学系统设计的基本原理和方法。
2. 学会了使用ZEMAX软件进行光学系统设计。
3. 加深了对光学系统设计理论和实践的理解。
4. 提高了我们的动手能力和团队协作能力。
5. 为今后从事光学系统设计工作打下了基础。
注：本实验报告仅为示例，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
牛顿环实验报告数据处理
牛顿环实验报告数据处理牛顿环实验报告数据处理引言：牛顿环实验是一种经典的光学实验，通过观察干涉环的形态和大小，可以得到有关光的波长和透明介质的厚度等信息。
本文将对牛顿环实验的数据进行处理和分析，以探索实验结果的物理意义。
一、实验装置与原理牛顿环实验通常采用的装置是一块平凸透镜和一块平凹透镜，它们之间夹着一片透明的圆形玻璃片。
当透镜与玻璃片之间存在一薄膜时，光线经过反射和折射后在玻璃片上形成一系列干涉环。
这些干涉环的直径与薄膜的厚度有关，通过测量干涉环的直径可以得到薄膜的厚度。
二、实验数据的采集在实验中，我们使用了一台高分辨率的显微镜来观察牛顿环，并使用显微镜的刻度尺来测量干涉环的直径。
我们选取了不同位置的干涉环进行测量，并记录下了相应的直径数据。
三、数据处理和分析1. 干涉环直径与薄膜厚度的关系根据光学理论，牛顿环的半径与薄膜的厚度呈线性关系。
我们将实验测得的干涉环直径与相应的薄膜厚度进行绘图，并通过线性拟合得到拟合直线。
通过拟合直线的斜率，我们可以得到薄膜的平均厚度。
2. 干涉环直径的变化规律通过观察干涉环的直径随距离变化的规律，我们可以推断出薄膜的性质。
当干涉环的直径随距离的增加呈现周期性变化时，说明薄膜是均匀的。
而当干涉环的直径变化不规律时，说明薄膜存在不均匀性或者有多层结构。
3. 干涉环的颜色牛顿环的颜色与光的波长和薄膜的厚度有关。
通过观察干涉环的颜色变化，我们可以推断出光的波长或者薄膜的厚度是否发生了变化。
当干涉环的颜色由红到紫依次变化时，说明光的波长较大；而当干涉环的颜色由紫到红依次变化时，说明光的波长较小。
四、实验结果与讨论通过对实验数据的处理和分析，我们得到了牛顿环的直径与薄膜厚度的关系，并通过拟合直线得到了薄膜的平均厚度。
同时，观察干涉环的直径变化规律和颜色变化，我们可以推断出薄膜的性质和光的波长。
然而，需要注意的是，实验中可能存在一些误差。
首先，显微镜的刻度尺可能存在一定的读数误差。
光信息专业实验报告：半导体泵浦激光原理实验 (3)
hvE21 (a)21(b)2E1(c)图1 光与物质作用的受激吸收过程光信息专业实验报告：半导体泵浦激光原理实验【实验目的】1.了解与掌握半导体泵浦激光的原理及调节光路的方法2.掌握腔内倍频技术，并了解倍频技术的意义3.掌握测量阈值、相位匹配等基本参数的方法【实验仪器】1.808nm半导体激光器P≤500mW2.半导体激光器可调电源电流0～500mA3.Nd:YVO4晶体3×3×1mm4.KTP倍频晶体2×2×5mm5.输出镜（前腔片）φ6 R=50mm6.光功率指示仪2μW～200mW 6挡【实验原理】一、光与物质的相互作用光与物质的相互作用可以归结为光子与物质原子的相互作用，有三种过程：受激吸收、自发辐射和受激辐射。
1.受激吸收如果一个原子，开始时处于基态，在没有外来光子的情况下，它将保持不变。
如果一个能量为hv21的光子接近，则它吸收这个光子，跃迁上激发态E2。
在此过程中不是所有的光子都能被原子吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔E1-E2时才能被吸收。
2.自发辐射处于激发态的原子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在不受外界影响时，它们会自发地返回到基态，并释放出光子，辐射光子能量为hv=E2-E1。
自发辐射过程与外界作用无关，是一个随机过程，各个原子的辐射都是自发的、独立进行的，因而不同原子发出来的光子的发射方向和初相位是不相同的。
由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。
3.受激辐射处于激发态的原子，在外界光场的作用下，会吸收能量为E 2-E 1的光子，从而由高能态向低能态跃迁，并向外辐射出两个光子。
只有当外来光子的能量正好等于激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。
激光的产生主要依赖受激辐射过程。
二、激光器的组成激光器主要由工作物质、泵浦源、谐振腔三部分组成，如果要实现激光倍频，还需要在谐振腔内部加入倍频晶体。
信息光学实验报告
信息光学实验报告信息光学实验报告引言信息光学是一门研究光学与信息科学交叉的学科，它利用光的特性和技术手段来处理和传输信息。
本实验旨在通过实际操作，探索信息光学的基本原理和应用。
一、光的干涉与衍射光的干涉与衍射是信息光学中重要的现象，本实验使用双缝干涉装置和单缝衍射装置来观察和研究这些现象。
1. 双缝干涉装置实验中使用的双缝干涉装置由一束激光器发出的平行光束照射到一个有两个狭缝的屏上。
通过调节狭缝的间距和光源到屏的距离，我们可以观察到干涉条纹的形成。
实验结果显示，当两个狭缝的间距适当时，干涉条纹清晰可见。
这是因为光波经过两个狭缝后，形成了相干的光波，相干光波的叠加产生了干涉现象。
通过测量干涉条纹的间距，我们可以计算出光的波长。
2. 单缝衍射装置实验中使用的单缝衍射装置由一束激光器发出的平行光束照射到一个有一个狭缝的屏上。
通过调节狭缝的宽度和光源到屏的距离，我们可以观察到衍射现象。
实验结果显示，当狭缝的宽度适当时，我们可以看到在中央明亮的主极大附近有一系列暗纹和亮纹。
这是因为光波经过狭缝后发生衍射，形成了衍射图样。
通过测量衍射图样的角度和宽度，我们可以计算出光的波长和狭缝的宽度。
二、全息术全息术是信息光学中的一项重要技术，它利用光的干涉和衍射原理，将物体的全息图像记录在光敏材料上，并通过光的衍射再现出物体的三维图像。
实验中，我们使用了全息干涉术来记录和再现物体的全息图像。
首先，我们将物体放置在激光器照射下，将物体的全息图像记录在光敏材料上。
然后，我们使用激光束照射光敏材料，通过光的衍射，我们可以再现出物体的三维图像。
实验结果显示，通过全息术记录和再现，我们可以获得物体更加真实和立体的图像。
全息术在三维成像、光学存储和光学计算等领域有着广泛的应用。
三、光纤通信光纤通信是信息光学中的一项重要应用，它利用光的传输特性来实现信息的高速传输。
实验中，我们使用了一根光纤来传输信息。
我们将一束激光束通过光纤发送到接收端，通过调节激光的强度和频率，我们可以实现不同的信号传输。
光信息专业实验报告：光调制与光信模拟实验
光信息专业实验报告：光调制与光信模拟实验一、实验目的1. 学习电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用。
2. 了解光通信系统的结构。
二、光调制基本原理常用的光调制方式主要有电光调制、声光调制和磁光调制，分别是利用电光效应、声光效应和磁光效应来实现对光的调制的。
1. 电光调制器件工作原理光学介质的电光效应是指，当介质受到外电场作用时，其折射率将随外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，介质的光学特性由原来的各向同性变为各向异性。
目前已发现两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例；另一种是克尔（Kerr）效应，即折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例。
利用泡克耳斯效应制成的调制器成为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。
利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。
泡克耳斯盒有纵向调制器和横向调制器两种。
我们实验中使用的是电光晶体为DKDP（磷酸二氘钾）的纵向调制泡克耳斯盒。
不给泡克尔斯盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P后变为振动方向平行于P光轴的平面偏振光。
通过泡克耳斯盒时，其偏振方向不变，到达检偏器Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡，所以Q 没有光输出；给泡克耳斯盒加电压时，由于电光效应，盒中介质将具有单轴晶体的光学特性，光轴与电场方向平行。
此时，通过泡克耳斯盒的平面偏振光的振动方向将被改变，从而产生了与Q光轴方向平行的分量，即Q有光输出。
Q输出光的强弱与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压大小有关。
对于结构已确定的泡耳克斯盒来说，若外加电压是周期性变化的，则Q的光输出也是周期性变化的，由此实现对光的调制。
图1 各个量的方位关系图图1表示的是几个偏振量之间的方位关系，光的传播方向平行于z 轴，M 和N 分别为起偏器P 和检偏器Q 的光轴方向，彼此垂直；α为M 与y 轴的夹角，β为N 与y 轴的夹角，2/πβα=+；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x 轴；o 光垂直于xz 平面，e 光在xz 平面内。
光学设计实验报告收获(3篇)
第1篇一、实验背景光学设计是光学工程领域中一个非常重要的分支，其目的是通过对光学元件和光学系统的设计，实现对光信息的有效控制和利用。
随着科技的发展，光学设计在各个领域都得到了广泛的应用，如航空航天、光学仪器、光纤通信等。
为了更好地掌握光学设计的基本原理和方法，我们进行了光学设计实验。
二、实验目的1. 理解光学设计的基本原理和方法；2. 掌握光学设计软件的使用；3. 提高实验操作能力和创新意识；4. 培养团队协作精神。
三、实验内容及方法1. 光学元件设计：通过实验，了解光学元件的基本参数，如焦距、折射率等，并运用光学设计软件进行光学元件的设计。
2. 光学系统设计：运用光学设计软件，根据实验要求设计光学系统，如透镜组、反射镜等，并优化系统性能。
3. 光学系统测试：对设计的光学系统进行测试，验证其性能是否符合预期。
4. 实验报告撰写：对实验过程、实验结果进行分析，总结实验收获。
四、实验收获1. 理论知识收获通过本次实验，我们对光学设计的基本原理有了更深入的了解。
我们学习了光学元件的参数计算、光学系统的设计方法以及光学系统的性能评价。
这些知识为我们今后从事光学设计工作奠定了坚实的基础。
2. 实践能力收获在实验过程中，我们学会了如何使用光学设计软件，如Zemax、TracePro等。
通过实际操作，我们掌握了光学设计的基本步骤，提高了自己的实践能力。
3. 团队协作收获本次实验分为小组合作进行，每个小组成员负责不同的实验环节。
在实验过程中，我们学会了如何与团队成员沟通、协作，共同完成实验任务。
这有助于提高我们的团队协作能力和沟通能力。
4. 创新意识收获在实验过程中，我们不断尝试不同的设计方法，寻求最优方案。
这使我们培养了创新意识，学会了在遇到问题时，从多角度思考，寻求解决方案。
5. 实验报告撰写收获在撰写实验报告的过程中，我们学会了如何整理实验数据、分析实验结果，并用文字表达自己的观点。
这有助于提高我们的写作能力和逻辑思维能力。
信息光学综合实验报告
一、实验目的1. 理解信息光学的基本原理和实验方法；2. 掌握信息光学中常用的光学元件和仪器；3. 培养实验操作技能，提高动手能力；4. 通过实验验证信息光学的基本理论和现象。
二、实验原理信息光学是研究光在信息传输、处理和存储等领域中的应用的科学。
本实验主要包括以下几个方面：1. 光的干涉现象：利用光的干涉原理，通过实验观察干涉条纹，研究光波的相干性、相位差和光程差等概念。
2. 光的衍射现象：通过实验观察单缝衍射、圆孔衍射等现象，研究光的衍射规律，了解衍射极限和衍射效率。
3. 光的偏振现象：通过实验观察光的偏振现象，研究偏振光的产生、分解和检验方法，了解偏振光在信息光学中的应用。
4. 光的调制与解调：利用调制和解调技术，实现光信号的传输和处理，研究调制方式、解调方法及调制效率等。
三、实验仪器与设备1. 光源：He-Ne激光器、白光光源；2. 光学元件：透镜、棱镜、光栅、偏振片、全息底片等；3. 仪器设备：光具座、光功率计、显微镜、分光计等。
四、实验内容及步骤1. 光的干涉实验（1）调整光源，使其发出单色光；（2）利用分光计将光束分成两束，一束作为参考光，另一束作为物光；（3）调整透镜和光栅，使物光和参考光在光具座上会合；（4）观察干涉条纹，分析干涉条纹的分布规律。
2. 光的衍射实验（1）调整光源，使其发出单色光；（2）利用单缝衍射实验装置，观察单缝衍射现象；（3）调整圆孔衍射实验装置，观察圆孔衍射现象；（4）分析衍射现象，验证衍射规律。
3. 光的偏振实验（1）调整光源，使其发出偏振光；（2）利用偏振片观察偏振光的产生、分解和检验；（3）分析偏振现象，了解偏振光在信息光学中的应用。
4. 光的调制与解调实验（1）调整光源，使其发出调制信号；（2）利用调制器将信号调制到光波上；（3）利用解调器将调制信号解调出来；（4）分析调制与解调过程，研究调制方式、解调方法及调制效率。
五、实验结果与分析1. 光的干涉实验：观察到干涉条纹，验证了干涉原理，分析了干涉条纹的分布规律。
光学系列实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学实验的基本原理和实验方法；2. 掌握光学仪器的基本操作和调整技巧；3. 通过实验验证光学理论，加深对光学知识的理解；4. 培养团队合作精神和实验技能。
二、实验内容及步骤1. 实验一：光的反射和折射（1）实验目的：验证光的反射和折射定律，了解光在介质中的传播规律。
（2）实验步骤：1）将实验装置（光具座、平面镜、透镜、光屏等）组装好；2）调节光具座，使光源、平面镜、透镜、光屏等光学元件共线；3）调整平面镜，使入射光线垂直于镜面；4）观察并记录反射光线的方向，验证反射定律；5）将透镜置于入射光线和光屏之间，调整透镜位置，观察折射光线的方向，验证折射定律；6）计算入射角、反射角、折射角，分析光在介质中的传播规律。
（3）实验结果与分析：1）实验结果显示，反射光线与入射光线、法线在同一平面内，且反射角等于入射角，验证了反射定律；2）实验结果显示，折射光线与入射光线、法线在同一平面内，且折射角与入射角之间存在正弦关系，验证了折射定律；3）通过实验结果，加深了对光在介质中传播规律的理解。
2. 实验二：薄膜干涉（1）实验目的：观察薄膜干涉现象，了解干涉原理和薄膜厚度与干涉条纹的关系。
（2）实验步骤：1）将实验装置（薄膜干涉仪、白光光源、光屏等）组装好；2）调整薄膜干涉仪，使白光光源垂直照射到薄膜上；3）观察光屏上的干涉条纹，记录条纹间距；4）改变薄膜的厚度，观察干涉条纹的变化，分析薄膜厚度与干涉条纹的关系。
（3）实验结果与分析：1）实验结果显示，光屏上出现明暗相间的干涉条纹，验证了干涉现象；2）通过改变薄膜的厚度，发现干涉条纹间距与薄膜厚度呈线性关系，符合干涉原理；3）通过实验结果，加深了对干涉原理和薄膜干涉现象的理解。
3. 实验三：衍射和光的衍射极限（1）实验目的：观察光的衍射现象，了解衍射原理和衍射极限。
（2）实验步骤：1）将实验装置（单缝衍射仪、光具座、光屏等）组装好；2）调整单缝衍射仪，使光源垂直照射到单缝上；3）观察光屏上的衍射条纹，记录条纹间距；4）改变单缝宽度，观察衍射条纹的变化，分析衍射极限。
光学彩色编码实验报告
光学彩色编码实验报告了解光学彩色编码原理，掌握光学彩色编码的实验方法，能够对实验数据进行处理与分析。
实验仪器和材料：1. 光学彩色编码实验器材2. 计算机实验原理：光学彩色编码是一种基于光学原理的编码方法，利用光的颜色和强度来进行信息的传递和识别。
光学色编码的基本原理是利用物体的不同颜色折射或反射不同的光线来加以识别。
在光学彩色编码实验中，通过调整光源的颜色和强度来进行编码，再通过光线的反射或传播，使用相应的传感器来进行解码和识别。
实验步骤：1. 搭建光学彩色编码实验平台。
首先将光源、传感器和计算机连接，并固定在实验平台上。
2. 设置光源的颜色和强度。
调节光源的颜色和强度，使其与所需编码信息相匹配。
3. 发出光信号。
运行计算机程序，使光源按照所选编码方式进行闪烁。
4. 接收光信号。
传感器接收光信号，并将其转化为电信号。
5. 解码和识别。
通过计算机对接收到的电信号进行解码和识别，得到编码信息。
实验结果：根据实验数据处理和分析，我们成功地实现了光学彩色编码的过程，并通过计算机进行了解码和识别。
在实验中，我们选择了三种不同的颜色进行编码，分别为红色、绿色和蓝色，并设置了不同的强度。
通过改变光源的颜色和强度，我们可以得到不同的光信号，并将其传输到接收端。
在接收端，传感器将光信号转化为电信号，并通过计算机程序进行解码和识别。
最终，我们成功地获得了所需的编码信息，并实现了光学彩色编码的识别。
实验讨论：在实验过程中，我们遇到了一些问题。
首先，光源的颜色和强度的设置需要进行精确的调整，以确保传输的光信号准确无误。
其次，在解码和识别过程中，可能会出现一些误差，导致编码信息的错误识别。
对于这些问题，我们可以通过增加传感器的灵敏度和改进计算机算法来进行改进。
实验结论：通过光学彩色编码实验，我们了解了光学彩色编码的基本原理和实验方法。
通过调节光源的颜色和强度，我们成功地实现了光学彩色编码，并通过计算机进行了解码和识别。
全息照相与信息光学实验报告
一．实验目的1.了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相和透射式全息照相的基本技术和方法。
2.掌握在光学平台上进行光路调整的基本方法和技能。
3.通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基本知识，拍摄合格的全息图。
二．实验原理1.反射式全息照相反射式全息照相也称为白光重现全息照相，这种全息照相用相干光记录全息图，而用“白光”照明得到重现像。
由于重现时眼睛接收的是白光在底片上的反射光，故称为反射式全息照相。
这方法的关键在于利用了布拉格条件来选择波长。
2.透射式全息照相所谓透射式全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。
这里将重点讨论以平行光作为参考光，对物光和参考光夹角较小的平面全息图的记录及再现过程。
最后再简单介绍球面波作参考光的全息照相以及体积全息照相。
1)全息记录2)物光波前的重现全息图右侧空间并无光源，因而光场就唯一地决定于z＝0处波前。
因而0级和±1级三束光从传播方向上是分离的。
0级衍射近似于一束平面波，其传播方向与全息图法线成α角。
+1级衍射则是一束球面发散波，其源点就是原来物光点源所在位置。
由于点源不是在透射光场内，因而形成虚像。
第三束光则是一束会聚的球面波，其会聚点就是实像的位置，由于波前有一项附加相位因子相当于这束球面波传播方向有一附加角度变化，很小时，这角度近似于2α。
三．实验仪器光学平台，半导体激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜，光功率计，全息干板，三枚硬币。
四．实验条件为了照好一张全息图必须具备下列几个基本条件：（1）一个很好的相干光源。
全息原理是在1948年就已提出，但由于没有合适的光源而难以实现。
激光的出现为全息照相提供了一个理想的光源。
这是因为激光具有很好的空间相干性与时间相干性。
本实验用650半导体激光器，其相干长度约为20cm。
为了保证物光和参考光之间良好的相干性，应尽可能使两束光光程相等。
（2）保证全息照相所用系统的稳定性。
光学信息处理实验报告
实验十 透镜的FT 性质及常用函数与图形的光学频谱分析一、实验目的:1. 了解透镜对入射波前的相位调制原理2. 加深对透镜复振幅传递函数透过率物理意义的认识(参见实验十一实验原理）3. 应用光学频谱分析系统观察常见图形的傅里叶（FT ）频谱，加深空间频率域的概念二、实验原理:理论基础：波动方程、复振幅、光学传递函数透镜由于本身厚度变化，使得入射光在通过透镜时,各处走过的光程不同，即所受时间延迟不同，因而具有位相调制能力，下图为简化分析，假设任意点入射的光线在透镜中的传播距离等于该点沿光轴方向透镜的厚度，并忽略光强损失，即通过透镜的光波振幅分布不变，仅产生大小正比于透镜各点厚度的位相变化，透镜传递函数记为： t(x,y)=exp[j Φ（x,y)] （1）Φ(x,y ）=kL(x ，y)L （x ，y ）：表示光程MNL （x,y ）=nD （x,y ）+[D 0-D(x ，y ）] （2）D 0：透镜中心厚度。
D ：透镜厚度。
n ：透镜折射率。
可见只要知道透镜厚度函数D （x ，y ）可得出其位相调制，在球面透镜傍轴区域，用抛物面近似球面，可得到球面透镜的厚度函数：()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+-=212201121,R R y x D y x D （3) R 1，R 2:构成透镜的两个球面的曲率半径。
因此有()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--•=2122011211R R y x n jk exp jknD exp y ,x t （4） 引入焦距f ，其定义式为()⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=211111R R n f 代入（4）得: ()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=2202y x f k j exp jknD exp y ,x t此即透镜位相调制的表达式.第一项位相因子仅表示透镜对于入射光波的常量位相延迟，不影响位相的空间分布，即波面形状。
第二项起调制作用的因子，它表明光波通过透镜时的位相延迟与该点到透镜中心的距离平方成正比。
光学量子信息实验报告
光学量子信息实验报告引言光学量子信息是将光学和量子信息学结合起来研究的一门学科，旨在利用光子的量子特性实现快速、安全的信息处理。
本实验旨在通过建立一个光学量子通信系统，验证量子态传输和量子隐形传送等基本原理。
实验设备本次实验使用的设备主要包括光源、单光子源、光学器件、光学干涉仪、探测器等。
光源通过电子激发原子或分子，产生光的辐射，并发射经光学器件调整后的强光信号。
单光子源是一个非常重要的设备，它产生一个稳定的、只有一个光子的源束，用以模拟量子通信中传输的量子态。
光学器件包括分束器、半波片、全反射镜等，它们用于调整、控制光路的传输。
光学干涉仪用于观测干涉现象，判断光路是否稳定。
探测器则用于检测光子的强度和特性。
实验过程1. 初始化实验设备：打开实验室的光源和光学器件，调整仪器的初始状态，使其达到稳定的工作状态。
2. 产生单光子源：将光源信号经光学器件处理，抽取出单个光子，使其成为一个单光子源束。
3. 实现量子隐形传态：将单光子源分为两束，一束通过半波片和分束器进入通信通道，另一束通过全反射镜进入传统的光通信通道。
在接收端，将两束光子经过干涉仪干涉，观察是否出现干涉条纹。
4. 实现状态传输：将单光子源分为两束，一束作为发送端的量子态，另一束作为接收端的量子态。
通过调整光学器件和光路，使两个量子态相同，观测接收端是否能够接收到正确的量子态。
5. 观测实验结果：利用探测器检测光子的强度和特性，通过数据分析验证实验结果的准确性。
实验结果经过实验观测和数据分析，我们得到了如下的实验结果：1. 在量子隐形传态实验中，通过观察干涉仪的干涉条纹，我们发现隐形传输的光子态在传输过程中保持了稳定，且与传统的光通信通道相比，其传输效果更为优秀。
2. 在状态传输实验中，我们成功地将一个量子态传输到接收端，并得到了正确的量子态。
实验证明了量子态传输的可行性和准确性。
结论本实验验证了光学量子信息领域中的一些基本原理，如量子隐形传态和状态传输等。
信息光学实验报告
一、实验目的1. 了解信息光学的基本原理和实验方法。
2. 学习利用信息光学技术进行图像处理和光学信息传输。
3. 掌握信息光学实验仪器的操作和实验数据的处理方法。
二、实验原理信息光学是研究光波在信息传输、处理和存储等方面的学科。
本实验主要涉及以下内容：1. 光学信息传输：利用光纤传输信息，通过调制解调技术实现数字信号的传输。
2. 图像处理：利用光学滤波器和傅里叶变换等方法对图像进行增强、压缩和恢复等处理。
3. 光学存储：研究光盘、全息存储等光学存储技术。
三、实验仪器与设备1. 光纤通信实验箱2. 光学滤波器3. 傅里叶变换实验装置4. 全息存储实验装置5. 相关软件和计算机四、实验内容及步骤1. 光纤通信实验（1）搭建光纤通信实验系统，包括光源、光纤、光模块、电模块等。
（2）调整实验系统，使光源发出的光通过光纤传输。
（3）利用调制解调技术实现数字信号的传输。
（4）观察和记录实验数据，分析光纤通信的性能。
2. 图像处理实验（1）搭建图像处理实验系统，包括图像源、光学滤波器、傅里叶变换装置等。
（2）将图像通过光学滤波器进行滤波处理。
（3）对滤波后的图像进行傅里叶变换，得到图像的频谱。
（4）分析频谱，根据需要选择合适的滤波器对图像进行处理。
（5）将处理后的图像进行傅里叶逆变换，得到恢复后的图像。
3. 光学存储实验（1）搭建光学存储实验系统，包括全息存储装置、光源、物镜、记录介质等。
（2）调整实验系统，使光源发出的光通过物镜照射到记录介质上。
（3）利用全息技术记录图像信息。
（4）观察和记录实验数据，分析全息存储的性能。
五、实验结果与分析1. 光纤通信实验实验结果显示，光纤通信系统能够稳定地传输数字信号，传输速率较高，损耗较小。
2. 图像处理实验实验结果表明，利用光学滤波器和傅里叶变换技术可以对图像进行有效的处理，如增强、压缩和恢复等。
3. 光学存储实验实验结果显示，全息存储技术能够记录和恢复图像信息，具有较高的存储容量和良好的性能。
光信息专业实验报告：LED特性及光度测量实验
光信息专业实验报告：LED 特性及光度测量实验摘要：本实验目的在于了解发光二极管的发光机理、光学特性与电学特性，掌握其测试方法。
通过设计简单的测试装置，并对发光二极管进行V －I 特性曲线、P－I 特性曲线的测量，以此研究探讨LED 发光器件的发光特性，加深对于发光二极管的理解。
关键词：发光二极管，V －I 特性，P －I 特性，光度【实验用具】LED （若干种类）、精密数显直流稳流稳压电源、积分球（Φ=30cm ）、多功能光度计、通用标准光源、光功率计、直尺、万用表、导线等。
【实验原理】LED 是英文light emitting diode （发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图1）。
常规的发光二极管芯片的结构如图2所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P 型氮化镓），透明接触层，P 型与N 型电极、钝化层几部分。
图2、常规InGaN / 蓝宝石LED 芯片剖面图发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。
跨过此p －n 结，电子从n 型材料扩散到p）区，而空穴则从p 型材料扩散到n 区，如右面的图3（a）所示。
作为这一相互扩散的结果，在p－n结处形成了一个高度的eΔV的势垒，阻止电子和空穴的进一步扩散，达到平衡状态（见图3（b））。
当外加一足够高的直流电压V，且p 型材料接正极，n型材料接负极时，电子和空穴将克服在p－n结处的势垒，分别流向p 区和n 区。
在p－n结处，电子与空穴相遇，复合，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。
这就是发光二极管的发光原理。
选择可以改变半导体的能带隙，从而就可以发出从紫外到红外不同波长的光线，且发光的强弱与注入电流有关。
光学信息处理实验报告
光学信息处理实验报告光学信息处理实验报告引言光学信息处理是一门研究如何利用光学原理和技术来处理和传输信息的学科。
它在通信、计算机科学、图像处理等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过实际操作和观察，探索光学信息处理的原理和技术，并对其应用进行分析和评估。
实验一：光的干涉与衍射在实验一中，我们使用干涉与衍射现象来实现光的信息处理。
首先，我们将一束激光通过一个狭缝，产生一条狭缝衍射的光斑。
然后，我们将光斑通过透镜进行聚焦，并观察光斑的衍射现象。
通过调整透镜的位置和焦距，我们可以改变光斑的大小和形状，从而实现对光的信息进行处理。
实验二：光的全息术实验二中，我们使用全息术来实现光的信息存储和再现。
首先，我们使用激光将被记录的物体进行照射，并将光波与参考光波进行干涉。
然后，我们使用光敏材料记录干涉图样，形成全息图。
最后，我们使用激光将全息图进行照射，通过光的衍射和干涉效应，将记录的物体再现出来。
通过调整照射光的角度和波长，我们可以改变再现物体的位置和形状，实现对光的信息进行存储和再现。
实验三：光的调制与解调实验三中，我们使用光的调制与解调技术来实现光的信息传输。
首先，我们将待传输的信息通过光电调制器将其转化为光信号。
然后，我们使用光纤将光信号传输到接收端。
在接收端，我们使用光电解调器将光信号转化为电信号，并通过解调器将其还原为原始的信息。
通过调整调制器和解调器的参数，我们可以实现对光信号的调制和解调，从而实现对光的信息进行传输。
实验四：光的图像处理实验四中，我们使用光的图像处理技术来实现对图像的处理和分析。
首先，我们将待处理的图像通过光学透镜进行聚焦，并通过光敏材料记录图像。
然后，我们使用图像处理软件对记录的图像进行数字化处理，包括滤波、增强、分割等操作。
最后，我们使用激光将处理后的图像进行再现。
通过调整图像处理软件的参数，我们可以实现对图像的不同处理效果，从而实现对光的信息进行处理和分析。
结论通过本次实验，我们深入了解了光学信息处理的原理和技术，并通过实际操作和观察，对其应用进行了分析和评估。
光信息专业实验报告：傅里叶光学变换系统
光信息专业实验报告：傅里叶光学变换系统一、实验目的和内容1、了解透镜对入射波前的相位调制原理。
2、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 系统的反傅氏变换的图像，并进行比较。
4、在4f 系统的变换平面插入各种空间滤波器，观察各种试件相应的频谱处理图像。
二、实验基本原理1、透镜的FT 性质及常用函数与图形的关学频谱分析透镜由于本身厚度的不同，使得入射光在通过透镜时，各处走过的光程差不同，即所受时间延迟不同，因而具有相位调制能力。
图1为简化分析，假设任意点入射光线在透镜中的传播距离等于改点沿光轴方向透镜的厚度，并忽略光强损失，即通过透镜的光波振幅分布不变，仅产生位相的变化，且其大小正比于透镜在该点的厚度。
设原复振幅分布为(,)L U x y 的光通过透镜后，其复振幅分布受到透镜的位相调制，附加了一个位相因子(,)x y ϕ后变为(,)L U x y '： (,)(,)exp[(,)]L L U x y U x y j x y ϕ'= (1)若对于任意一点（x ，y ）透镜的厚度为(,)D x y ，透镜的中心厚度为0D 。
光线由该点通过透镜时在透镜中的距离为(,)D x y ，空气空的距离为0D －(,)D x y ，透镜折射率为n ，则该点的总的位相差为：00(,)[(,)](,)(1)(,)x y k D D x y knD x y kD k n D x y ϕ=-+=+- (2)（2）中的k ＝2π/λ，为入射光波波数。
用位相延迟因子(,)t x y 来表示即为：0(,)exp()exp[(1)(,)]t x y jkD jk n D x y =- (3)由此可见只要知道透镜的厚度函数(,)D x y 就可得出其相位调制。
在球面镜傍轴区域，用抛物面近似球面，可以得到球面透镜的厚度函数为：22012111(,)()()2D x y D x y R R =-+- (4) 其中1R 、2R 是构成透镜的两个球面的曲率半径。
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实验十 透镜的FT 性质及常用函数与图形的光学频谱分析一、实验目的：1. 了解透镜对入射波前的相位调制原理2. 加深对透镜复振幅传递函数透过率物理意义的认识（参见实验十一实验原理）3. 应用光学频谱分析系统观察常见图形的傅里叶（FT ）频谱,加深空间频率域的概念二、实验原理：理论基础：波动方程、复振幅、光学传递函数透镜由于本身厚度变化，使得入射光在通过透镜时，各处走过的光程不同，即所受时间延迟不同，因而具有位相调制能力，下图为简化分析，假设任意点入射的光线在透镜中的传播距离等于该点沿光轴方向透镜的厚度，并忽略光强损失，即通过透镜的光波振幅分布不变，仅产生大小正比于透镜各点厚度的位相变化，透镜传递函数记为： t(x,y)=exp[j Φ(x,y)] （1） Φ(x,y)=kL(x,y)L(x,y):表示光程MNL(x,y)=nD(x,y)+[D 0-D(x,y)] （2）D 0：透镜中心厚度。
D ：透镜厚度。
n ：透镜折射率。
可见只要知道透镜厚度函数D （x,y ）可得出其位相调制，在球面透镜傍轴区域，用抛物面近似球面，可得到球面透镜的厚度函数：()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+-=212201121,R R y x D y x D （3） R 1，R 2：构成透镜的两个球面的曲率半径。
因此有()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--∙=2122011211R R y x n jk exp jknD exp y ,x t （4） 引入焦距f ，其定义式为()⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=211111R R n f 代入（4）得： ()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=2202y x fk j exp jknD exp y ,x t此即透镜位相调制的表达式。
第一项位相因子仅表示透镜对于入射光波的常量位相延迟，不影响位相的空间分布，即波面形状。
第二项起调制作用的因子，它表明光波通过透镜时的位相延迟与该点到透镜中心的距离平方成正比。
而且与透镜的焦距有关。
其物理意义在于，当入射光波()1=y ,x u i 时Q 1 D(x,y) M NQ 2D 0分布为()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-==222y x fk jexp y ,x t *y ,x u y ,x u '傍轴近似下，这是一个球面波，对于正透镜f>0,这是一个向透镜后方距离f 处的F 会聚的球面波。
对于负透镜f 〈0，这是一个由透镜前方距离|f |处的虚焦点F 发散的球面波。
可见波面的变化正是透镜具有()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-222y x f k jexp 的位相因子。
当然，在非傍轴近似条件下，会有波像差。
考虑透镜孔径后，()()()y ,x p y x fk j exp y ,x t ∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=222p(x 为透镜的光瞳函数()其它孔径内01,⎩⎨⎧=y x p三、实验光路12356789 102423201914送计算机四、实验步骤：1. 扩束2. 在试件夹19中装入任一件FT 试件3. 在FT 透镜20的焦面附近移动CMOS23，使成像清晰，锁定CMOS4. 切换FT 试件，观测频谱，记录频谱图（参数：f=180mm ）五、实验结果 （1）圆孔频谱图：（2）士字频谱图（3）网格频谱图（4）狭缝频谱图1．光学FT的特点是什么？答: 光学FT 的特点是并行处理，大容量，过程简单，所需设备简单，以简单的光学元件代替了采集系统，计算机软件系统等复杂设备等特点。
2．光学FT 有什么应用领域？答：光学FT 主要应用于高通、低通滤波器，卷积及解卷积，图象识别和处理、信息存储等领域。
实验十一 4f 光学系统FT 及IFT 系统实验一、实验目的：1． 进一步掌握透镜的FT 性质，学习FT 光路的原理2． 应用4f 光学FT 系统观察常见图样的反傅氏变换（IFT ）图像，并与FT 频谱和试件图样比较 3． 观察渐晕效应二、实验原理：理论基础：衍射理论，角谱理论透镜之所以能够做FT ，根本原因在于透镜的二次位相因子对入射波前起到位相调制作用。
若以透镜后焦面为观察平面，物体相对于会聚透镜0d 发生变化时，可以研究透镜的FT 性质。
图1表示物体紧靠透镜放置FT 光路，物体指透射型薄平面试片。
采用振幅A 的单色平面波照明，为求出透镜后焦面上的光强分布U f ，须逐面求出透镜前后平面光场分布U l 、U l '（l 指lens ）设物体的复振幅透过率t （x ，y ），则有),(),(y x t A y x U l ∙= (1)不计透镜孔径作用，透镜的复振幅透过率()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=222exp ),(y x fk j y x t l (2)那么),(),(),(y x t y x U y x U l l l ∙='(3)光波从透镜传播f 距离后，根据菲涅尔衍射公式()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+'ℑ∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=22222exp ),(2exp 1),(y x f k j y x U y x f k j f j y x U l f f f f f π (4)试片 t(x,y)t l (x,y)f U fU l U l ’图1频率取值与后焦面坐标关系为：xfy f xfx f f y f x ==,，不计常量相位因子将1，2，4式代入3式，得()),(2exp ),(22y x f f f f f f f T y x f k j f j Ay x u ∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=λ (5)式中{}),(),(y x f f f T y x ℑ=式5表明，透镜后焦面上的光场分布正比于物体的FT ，其频率取值与后焦面坐标，其值是xfy f xfx f f y f x ==,。
当然，由于变换式前存在位相因子()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+222exp f f y x f k j ，后焦面上的位相分布与物体频谱的位相分布并不等同。
但对光强响应型光电转换显示器件及目视效果来说，这一位相弯曲并无影响，所以),(),(22y x f f f f f T fAy x I ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λ的物理意义在于其后焦面上光强分布，恰恰是物体的功率谱。
图2表示物体放置在透镜前方d 0距离， 可推得()),(12exp ),(220y x f f f f f f f T y x f d fk jf j A y x U ∙⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=λ (6)可见后焦面上的复振幅分布仍然正比于物体的FT 。
而变换式前面的二次位相因子使物体频谱产生一个位相弯曲。
当d 0=0时，公式(6)与图1情况完全一致， 当d 0=f 时，公式(6)变为),(),(y x f f f f f T fj Ay x U λ=此时，位相弯曲效应消失，后焦面上光场分布是物体准确的FT 。
这正是我们所用的FT 运算光路。
物体放置在透镜后方，后焦面上仍然得到物体的FT （相差一个二次位相因子）。
当d=f 时，即物体紧靠透镜后表面时，与紧靠透镜前方放置效果一样。
若需要对所得的物体频谱),(y x f f T 利用透镜再作一次变换，例如物体频谱位于透镜前U 0 t(x 0,y 0)t l (x,y)fU fU l U l ’ 图2d 0焦面，观察平面选在透镜后焦面，即x ’y ’平面。
透镜的焦距不变。
略去常系数，可以得到⎰⎰--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=)','()''(2exp ,)','(y x Ct dy dx y y x x f j f y f x T y x U f f f f f f λπλλ (7) 式中，C 为常数。
于是连续两次变换的结果是在空间域还原一个物体，它是原物体的一个倒像。
如果采用反射坐标系，即令x ”=-x,y ”=-y ，则)","()","(y x Ct y x U =(8)此时，透镜的作用可看作是实现了对物体频谱的傅里叶反变换（IFT ）。
必须指出的是，当点光源位于有限距离，即采用球面波照明方式，透镜仍然可起FT 作用，频谱面位于光源的像面位置，而不再是后焦面上。
另外，透镜孔径对FT 变换有影响。
实质原因是对参与变换的频率成分有滤波作用，通低频，阻高频，产生渐晕效应。
，孔径越大，越靠近物体，渐晕效应越小。
三、实验光路12356789102826 24252320 19 14送计算机 27四、实验步骤：1. 扩束2. 在试件夹19中装入任一件FT 试件3. 在FT 透镜20的焦面附近移动CMOS23，使成像清晰，锁定23，同时锁定204. 使直角棱镜25（镀膜）转向虚线所示位置，微调直角棱镜28，60º方向，锁定，在试件夹27上装上图像处理试片（IFT 不需装试片），微调FT 透镜20，观测计算机上IFT 图像和图像处理效果5. 切换图像处理试件，观测计算机上不同的图像处理效果6. 记录IFT 图像，结合实验结果，整理出试件图样、FT 图、IFT 图、滤波等处理效果图五、实验记录（1）圆孔FT变换及IFT变换（2）士字FT变换及IFT变换（3）网格FT变换及IFT变换（4）狭缝FT变换及IFT变换1.试画出4f的光学原理图。
2.指出4f系统中FT，IFT及滤波的原理。
答：来自光源的光经过透镜1L 变成平行光，经透明片1P 后携带物信息经透镜2L 完成傅里叶变换经过2P ，相当于空间滤波器的作用后，对物信息的频谱进行相应处理，经过透镜3L 进行IFT 变换，成像在焦平面上。
3. 说出4f 有几种可能的应用场合。
答：空间滤波器，图象处理，相衬显微镜。
实验十二 图像信息处理的光学实现一、实验目的：利用4f 光学系统进行频谱分析和滤波二、实验原理：大多数光学系统都是线性系统，即系统传递函数具有线性。
利用这一性质，可以对透镜焦平面上形成的光分布进行简单操作，取舍分离，而实现滤波和选择性滤波。
选择性滤波原理：对于2维频谱面，较小的f x ，f y 值域对应低频，较大的对应高频。
常见的高通滤波，低通滤波就是在低频区或高频区加屏蔽光阑。
如果事先获得某试片的频谱照相负片，而预先把它从噪声中提取出来，就可以用该负片作滤波器实现图像提取。
三、实验光路同实验十一一、 实验步骤1． 扩束2． 在试件夹19中装入待处理图像试件3． 在FT 透镜21的焦面附近移动CMOS23，使成像清晰，锁定23，同时锁定21 4． 使直角棱镜25转向虚线所示位置，调整直角棱镜28，并锁定，然后微调FT 透镜26，观测计算机上IFT 图像5． 依次在频谱面（试件夹27）上装上不同的滤波片（低通，高通，带状薄波片，光栅等），依次观察不同的滤波效果图6． 记录IFT 图像，结合实验结果，整理出试件图样、FT 图、IFT 图、滤波等处理效果图五、实验记录士字频谱图及高通滤波后的效果图FT 加光孔滤波加光屏滤波IFT IFT士字频谱图及低通滤波后的效果图六、思考题1. 图像照片中怎样区分低频噪声及高频噪声（即视频差异）？答：低频噪声相当于背景，对应于图像中变化平缓的部分。