偏振光的检测系统

1、第四章实验系统的建立以及操作4.1系统建立阿贝成像原理与空间滤波实验图4.1f3'1.He-Ne激光器L2.扩束器Li(f=6.2或15mm)3.准直透镜L2(f=190mm)4.光栅(20L/mm)5.变换透镜L3(f'=255mm)6.白屏(SZ-13).维架(SZ-07)m3;升降调整座(SZ-03)m2;二维平移底座(SZ-02)m2;图4.2e调制实验图4.31.澳鸨灯S2.准直透镜LMf'=105mm)3.日调制板4.变换透镜L2(f'=150mm)5.硬纸板及圆孔光阑6.白屏(SZ-13)二维架(SZ-07)x2;干板架(SZ-12)m2;升降调整

2、座(SZ-03)m2;二维平移底座(SZ-02)m2;三维平移底座(SZ-01);通用底座(SZ-04)下图是实验光路图：图4.4在这两个处理系统中，包括激光器在内的所有实验器材，都有相应的底座和支架，并且可以用磁力固定在实验台上。实验台上每相隔5厘米打有定位孔，以便于选取适当的位置。从这里可以看出，该系统有一定的精确性、先进性。4.2实验操作及步骤一.阿贝成像原理与空间滤波实验试验步骤(1)按实验装置图排列实验器材，并调整光路。(2)用L1和L2组成扩束器，调整出射光为平行光，以其垂直的射在铅直方向的光栅上，可用白屏前后移动观看，当光斑大小不变时，透镜后光斑与墙上光斑一样大，出光即平行光。(

3、3)在离光栅(物)2m以外放置白屏或者在白墙上成像。(4)在L2后适当位置处放置二维正交光栅，并固定。调整L3与光栅的距离,使墙上成一清晰的正交光栅像，即清晰的网格像。用白屏找到傅立叶频谱面的位置，即点阵光斑最小最亮时所在的位置。(5)在L3后焦面(傅氏面)处置一可变圆孔光阑，挡住频谱0级以外的光点,观察像屏上是否还有光栅像。(6)用一可调狭缝光阑代替可变圆孔光阑，调节狭缝宽度，分别使频谱的0级和1级通过光阑，观察像面上的光栅像；然后撤出光阑，让更高级次的衍射都能通过，再观察像面上的光栅像，比较这两种情况下光栅像有何变化。(7)让竖向的一系列光点通过铅直的狭缝光阑，观察像面上栅缝的方向；分别将

4、光阑转90度和45度，观察像面上栅缝的方向变化。(8)用网格字替换正交光栅，观察频谱和像。(9)将一个可变因孔光阑放在傅氏面上，圆孔由大变小，直到只让光轴上一个光点通过为止，比较滤波前后，网格字像构成的变化。(10)在傅氏面上，测量0级至+1,+2级或1,-2级衍射极大之间的距离di和d2。可以用可调狭缝光阑上的螺旋测微器进行测量。使狭缝水平或者平行，先开一极小的狭缝，用升降调整座调整狭缝的高度，当墙上所成像最亮时，零级光中心恰好通过狭缝，此时像面上成竖直条纹的像，然后调整狭缝宽度，当1级频谱通过时，竖直条纹变为正交光栅的网格像，此时，记下d1；然后用同样的方法只让1级光通过，像面上成竖直条纹

5、的像，然后调整狭缝宽度，当2级频谱通过时，竖直条纹变为正交光栅的网格像，此时，记下d1,d2=d'+d1。二仔餐(4-1)f3,为变换透镜的焦距。(11)计算±1级和士2级光点的空间频率V1和w：d1、1='*f3其中K为所用激光的波长，注意事项1 .注意光学仪器的清洁，不要用手触摸镜片，不要让激光直射眼睛。2 .调整光路共轴，使L2出射的是平行光。3 .使用可调狭缝光阑上的螺旋测微器时，因为螺缝之间有间隙，所以只能往同一方向旋转。d14 .测量d2时，因为光通量不足，需要做好挡光措施。数据处理d2+1级1.42mm1.79mm-1级1.47mm1.85mmd1.45

6、mmd21.82mmV110184HzV212782Hz实验现象图4.5二.日调制实验试验步骤（D将器件架好，按实验光路图依次放入光学元件排好光路，调整光路共轴。（2）把澳鸨灯的毛玻璃挡板推到一边，使光源S与准直透镜Li的距离等于Li的物方焦距，并使平行光束垂直照射e调制板的图案（图形倒立放置），通过L2在白屏上成一适当大小的像。（3）在光路中加入一块硬纸板，用干板架夹牢（或用不透光的纸挡在圆孔光阑上，一起用干板架夹牢），放置在L2后焦面处（即付氏面），此时成一清晰的澳鸨灯丝像和彩色的衍射光斑。（4）事先判断好图案各部分的光栅取向，认定所对应的各排频谱，根据图案局部规定的颜色（例如蓝天、红楼和

7、绿地）用大头针在相关频谱中该种颜色部位扎孔，在L2之后白屏接收到清晰的彩色衍射斑（频谱），屏上即出现彩色图案。实验现象图4.6第五章结论实验中需要注意的问题和解决方法5.1阿贝成像原理和空间滤波实验一.调整光路共轴这是最基本，也是最需要注意的一项工作。通过观察激光束投在墙上的光斑，调整光路共轴，使激光束沿直线传播，也就避免了因光路偏折而使光能损失的情况，使成像更为清晰，从而获得较好的实验效果。三.L3位置的确定。L3位置的选取，决定了成像是否清晰，以及之后的实验效果。在确定了扩束透镜L1、准直透镜L2、光栅（或网格字）的位置之后，前后移动L3,使墙上成清晰的正交光栅（或网格字）像，即清晰的明暗

8、条纹交错的网格像。三.空间滤波器的调试。1 .可调狭缝光阑注意狭缝的方向选取。因为狭缝必须恰好放置在傅立叶频谱面上，所以，狭缝的方向选取应如图所示。使V型槽背向激光束的方向，使平的那一面迎着激光束放置，以准确的找到傅立叶频谱面的位置。如果狭缝放反，因为V行槽不平，则不容易准确地找到傅立叶频谱面的位置。2 .各种方向滤波器的放置可通过松开可调狭缝光阑上的螺旋固定旋钮旋转狭缝，得到45度和90度的狭缝作为方向滤波器，观察像的变化。注意狭缝中心要对准傅立叶频谱面上点阵光斑的中心。3 .零级滤波实验像面上会发生衬度反转现象，即对比度反转，亮点变为暗点，暗点变为亮点。4 .测量di、d2实验中使用可调狭

9、缝上的螺旋测微器对di、d2进行测量。在使用可调狭缝光阑上的螺旋测微器时，因为螺缝之间有间隙，如果来回移动狭缝会使测量结果出现误差，所以只能往同一方向旋转。测量di：先使狭缝水平或者平行，然后开一极小的狭缝，用升降调整座调整狭缝的高度，当墙上所成像最亮时，零级光中心恰好通过狭缝，此时像面上成竖直条纹的光栅像，然后调整狭缝宽度，当1交光栅的网格像，此时，记下di。在用可调狭缝测量的过程中，如图所示，图中di'为实际测量距离，di为待测距离，由于零级光点要比一级光点稍大，那么实际测量距离就要比待测距离稍小，所以，在测量di、d2的过程中，会出现不可避免的误差。但是，在理想情况下，傅立叶频谱

10、面上成的像是一系列点阵光斑，理论上这些光斑都是极小的光点，那么用这种方法是完全可行的。出现这个误差的原因是：用肉眼观察找到傅立叶频谱面的准确位置比较困难；由激光器发出的光并不是理想情况中的点光源。级频谱通过时，竖直条纹变为正图5,i5.2 日调制实验1 .准直透镜的选取透镜的半径不能太小，不然光能会大量损失，根据要求，透镜的焦距在70毫米到200毫米之间都是可以达到良好效果的，则在L2后焦面（即傅立叶频谱面）上成的像不会太大而造成光束发散，使光能相对减弱，也不会因为所成像太小而使各种颜色混杂难以分辨。2 .傅立叶变换透镜L2位置的确定前后移动L2和白屏，经过调整，在白屏上成一个适当大小的像。像

11、太小，现象不明显；像太大，光束发散使像的亮度减弱。3 .扎孔的注意事项如果一时找不到不透光硬纸板，可用较厚的纸代替，只要不透光就可以。在纸后补一个透镜光阑一起夹在干板架上，这样扎孔就更为便利。若颜色不够清晰，可在同级位置上多扎1到2个孔，使光的透过率增大，像上的彩色图案会更明亮、更鲜艳。5.3 总结通过对傅立叶光学以及有关性质的分析，我们搭建了空间滤波光信息处理实验系统。这套系统能够比较快捷地实现光信息处理空间滤波，可由实验测出衍射间距，再由相关公式就能算出对应的空间频率。还可以利用本系统对日调制片进行光学假彩色编码。这两个实验的特色在于，通过物体的“初级像”即空间频谱进行改造，即在频域进行滤波，便可获得经过改造后的“次级像”。这正是近代光学信息处理的基本思想。这套系统在操作上十分方便，目前，这套系统如果应用到学生光学实验当中。经过实验之后，学生们能够很容易地观察到阿贝波特试验现象、空间滤波现象和日调制现象，增加了他们在光学信息处理方面的知识。总体来说，设计的这套能在