在实验指导书编写的过程中，编者得到理学院领导的热情鼓励和大力支持,物电系各位老师的热情帮助，同时,其他院校的教材也为本指导书的编写提供了很好的借鉴，对此表示衷心感谢。由于编者水平有限,加之编写时间仓促，书中难免有不足甚至错误之处,恳请老师和同学们提出宝贵意见，以便不断更新和完善。
物理电子实验中心
2013． ０6
【实验步骤】
1.光路调节
本实验基本光路图1-3所示,其中透镜L１(焦距F1)、Ｌ2（焦距F2)组成倒装置望远系统。将激光扩展成具有较大截面的平行光束,L（焦距为F)则为成像透镜，调节步骤如下:
（1）调节激光管的仰角及转角,使光束平行于光学平台水平面。
（2）放上Ｌ１和L2使产生一扩束的平行光并调节它们共轴。
图１-2显示了成像的这两个步骤,为了方便起见，我们假设是一个一维光栅，单色平行光照在光栅上,经衍射分解成为不同的很多束平行光相应于一定的空间频率)，经过物镜分别聚焦在后焦面上形成点阵，然后代表不同空间频率的光束又重新在像平面上复合而成像。
如果这两傅氏变换完全是理想的,即信息没有任何损失,则像的物应完全相似（可能有放大或缩小），但一般说来像和物不可完全相似,这是由于透镜的孔径是有限的，总有一部分衍射角度较大的高次成分(高频信息）,不能进入到芜菁而被丢失了,所以像的信息总是比物的信息要少一些,高频信息主要反映了物的细节，如果高频信息受到了孔径的限制而不能到达像平面,则无论显微镜有多大的放大倍数，也不可能在像平面上显示出这些高频信息所反映的细节,这是下痿竟分辨率受到限制的根本原因,特别当物的结构非常精细（如很密的光栅)或物镜孔非常小时,有可能只有0级衍射(空间频率为0)能通过,则在像平面上就完全不能形成像,为加深对上述内容的理解，可参阅 “光学成像系统的分辨本领”。
本实验指导书分成两个模块,即信息光学综合实验和激光原理综合实验,每个实验模块四个实验项目,共计八个实验项目。在编写过程中力求做到:实验目的具体突出，使学生明确实验基本要求和需要掌握的内容；实验原理叙述清楚，使学生在实验中深入掌握理论依据；实验内容和步骤详略得当,使学生能够在实验中逐步提高实验技能和动手能力；实验后思考题便于进一步分析、讨论、巩固和提高。
实验二、低通与高通滤波相关实验6
实验三、 调制空间假彩色编码实验与光学图象的卷积ﻩ９
实验四、联合傅立叶变换相关图像识别实验ﻩ13
激光原理综合实验
实验五、Hｅ-Nｅ激光器的调整与工艺测量16
实验六、He－Nｅ激光器的模式分析１９
实验八、激光的相位测距２8
ﻩ前言ﻩ
本实验指导书是合我电子科学与技术专业设置的特点,针对我院物理与电子实验中心仪器设备的实际情况编写而成。
【实验原理】
1．二维傅里叶变换
设有一个空间二维函数 ,其二维傅里叶变换为
F (1.1）
式中 分别为ｘ,y方向的空间频率,其量纲为L-1，而 又是 的逆傅里叶变换,即
Ｆ－1 (1.２）
式(１.２)表示任意一个空金函数 ,可以表示为无穷多个基元函数 的线性叠加, 是相应于空间频率为 的基元函数的权重, 称为 的空间频率。
怎样检验Ｌ2出来的光是否平行光？如L1的焦距为１２mm，Ｌ2焦距７2mm，则扩束多少倍?
（3) 放上物(带光栅的“光”字）及透镜L，调节它们共轴，调节L位置，使大于4m距离的屏上得到清晰的图象，固定物及透镜L位置。（调节成像时,可在物面前暂放一毛玻璃，以便在扩展光照明下,找到成像的精确位置。
（４)确定频谱面位置,去掉物，用毛玻璃在L后焦面附近移动,当毛玻璃散射产生的散斑达到最大线度时，毛玻璃上光点最小,此毛玻璃所在平面就是频谱面,将滤波器支架放在此平面上。
二级衍射
三级衍射
（2)在傅氏面上放上可调狭缝及其他附加光阑,按图1-4中Ａ，B，Ｃ，Ｄ,Ｅ分别通过一定的空间频率成分，按下表依次记录像面上的特点及条纹间距，特别注意观察D和Ｅ两条件下图像的差异，并对图象变化出适当的解释。
2.阿贝成像原理实验
(1)在物平面放上一维光栅，像平面哂纳感看到沿垂方向的光栅条纹,频谱面上出现0，±1,±2,±３,…一排清晰衍射光点，如图１-4中A所示,测量1,２，３,级衍射点与光轴(0级衍射)的距离ｘ’,由式（1－３）求出相应空间频率ｆx并求光栅的基频。
位置x’/ຫໍສະໝຸດ m空间频率fx/mm-1
一级衍射
第一部分信息光学相关实验
实验一、阿贝成像光路调节与观测
【实验目的】
1.通过实验,加深对傅里叶光学中空间频率、空间频谱等概念的理解；
2.了解阿贝成像远离和透镜孔径对透镜成像分辨率的影响。
【实验器材】
光学平台或导轨及附件，Ｈｅ－Ｎe激光器，会聚透镜三块（Ｌ1:12ｍm,L2:7０ｍm;L:２5０mm）,作为物的样品四个，可调狭缝光阑,各种形状模板,屏板和毛玻璃。
信息光学与激光实验讲义最新版
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ﻩ
安徽科技学院
信息光学与激光原理
综合实验讲义
理学院物理电子系
主编:刘念
２013年９月
前言ＩI
信息光学综合实验
实验一、阿贝成像光路调节与观测ﻩ1
当 是一个空间周期性函数时,其空间频率是不连续的离散函数。
２．光学傅里叶变换
理论证明，如果在焦距为F的会聚透镜的前焦面上放一振幅透过率为 的图象作为物，并以波长为λ的单色平面波垂直照明图象，则在透镜后焦面（x’,y’)上的振幅分布就是 的傅里叶变换 ,其中 与坐标x’,y’的关系为
（1.3)
故ｘ’－ｙ’面称为频谱面(或傅氏面)，见图１-1,由此可见，复杂的二维傅里叶变换可以用一透镜来实现,称为光学傅里叶变换，频谱面上的光强分布则为 ，称为频谱,也就是物的夫琅禾费衍射图。
3.阿贝成像原理
阿贝在1873年提出了相干光照明下显微镜的阿贝成像原理，他认为，在相干的光照明下,显微镜的成像可分为两个步骤：第一步是通过物的衍射光在物镜后焦面上形成一个衍射图,第二步则为物镜后面上的衍射图复合为（中间）像，这个像可以通过目镜观察到。
成像的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换,第一步把物面光场的空间分布 变为频谱面上空家频率分布 ,第二步则是再作一次变换,又将 还原到空间分布 。