工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)教材工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一自組望遠(yuǎn)鏡（測(cè)量實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馔h(yuǎn)鏡的基本原理和結(jié)構(gòu)，并掌握其調(diào)節(jié)、使用和測(cè)量它的放大率的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理最簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡是由一片長焦距的凸透鏡作為物鏡，用一短焦距的凸透鏡作為目鏡組合而成。遠(yuǎn)處的物經(jīng)過物鏡在其后焦面附近成一縮小的倒立實(shí)像，物鏡的像方焦平面與目鏡的物方焦平面重合。而目鏡起一放大鏡的作用，把這個(gè)倒立的實(shí)像再放大成一個(gè)正立的像，如圖五所示。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源STOC\o"1-5"\h\z2、毫米尺F L=7mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、物鏡Lo： fo=225mm5、二維調(diào)整架： SZ-076、測(cè)微目鏡Le：（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）7、讀數(shù)顯微鏡架： SZ-388、滑座： TH709、滑座： TH70Y10、滑座： TH70Y11、滑座： TH7012、白屏： SZ-13四、儀器實(shí)物圖及原理圖工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)圖四五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部器件按圖四的順序擺放在導(dǎo)軌上，毫米尺豎直放置，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸，把標(biāo)尺放在毫米尺一側(cè)。2、把F和Le的間距調(diào)至最大，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)Lo,使一只眼睛通過Le看到清晰的完整毫米尺上的刻線。3、再用另一只眼睛看標(biāo)尺，讀出測(cè)微目鏡看到的像在標(biāo)尺上的尺寸。六、數(shù)據(jù)處理毫米尺尺寸AB；像在標(biāo)尺上的尺寸A“B"望遠(yuǎn)鏡放大倍率M=A”B”/AB七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、數(shù)據(jù)：毫米尺尺寸AB=2mm;像在標(biāo)尺上的尺寸A，'B，'=101cm所以，望遠(yuǎn)鏡放大倍率乂=人，'B，'/AB=10/2=5倍2、觀察到的現(xiàn)象：工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)八、遇到的問題及心得體會(huì):1、開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于各個(gè)儀器的間距擺放不合理，導(dǎo)致得不到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后看了實(shí)驗(yàn)冊(cè)，重新擺放儀器；2、移動(dòng)透鏡的速度過快，使得我們看不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也就沒法組成望遠(yuǎn)鏡，最后經(jīng)過老師的指導(dǎo)，我們緩慢移動(dòng)透鏡；3、由于不知道會(huì)看到什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以至于我們看到了微小的現(xiàn)象，以為不是我們想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再次導(dǎo)致沒有做出來；4、最終在老師的一再指導(dǎo)下，我們終于自組成功望遠(yuǎn)鏡，且通過觀察我們得到規(guī)律:凸透鏡成像規(guī)律：物距大于二倍焦距時(shí)成縮小實(shí)像。工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二自組顯微鏡（測(cè)量實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怙@微鏡的基本原理和結(jié)構(gòu)，并掌握其調(diào)節(jié)、使用和測(cè)量它的放大率的一種方法。二、實(shí)驗(yàn)原理物鏡Lo的焦距fo很短，將F1放在它前面距離略大于fo的位置，F(xiàn)1經(jīng)Lo后成一放大實(shí)像F,1，然后再用目鏡Le作為放大鏡觀察這個(gè)中間像F'1，F(xiàn)’1應(yīng)成像在Le的第一焦點(diǎn)Fe之內(nèi)，經(jīng)過目鏡后在明視距離處成一放大的虛像F%。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、1/10mm分劃板F1TOC\o"1-5"\h\z3、二維調(diào)整架： SZ-074、物鏡Lo： fo=15mm5、二維調(diào)整架： SZ-076、測(cè)微目鏡Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）7、讀數(shù)顯微鏡架： SZ-388、三維底座： SZ-019、一維底座： SZ-0310、一維底座： SZ-0311、通用底座： SZ-04四、儀器實(shí)物圖及原理圖

工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)圖四（1）把全部器件按圖四的順序擺放在平臺(tái)上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。把透鏡Lo、Le的間距固定為180mm。工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)沿標(biāo)尺導(dǎo)軌前后移動(dòng)F1(F1緊挨毛玻璃裝置，使F1置于略大于fo的位置)，直至在顯微鏡系統(tǒng)中看清分劃板F1的刻線。六、數(shù)據(jù)處理顯微鏡的計(jì)算放大率：M=|(250xA)|/(fx)

其中：a=FO-「，見圖示。本實(shí)驗(yàn)中的fe=250/20(計(jì)算方法可參考光學(xué)書籍)七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、數(shù)據(jù)：M=|(250xA)|/(fxf)=|250*(-25)|/(15*250/20)=3.332、觀察到的現(xiàn)象:八、遇到的問題及心得體會(huì)1、自組顯微鏡時(shí)，由于各個(gè)儀器的間距擺放不合理，導(dǎo)致得不到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后看了實(shí)驗(yàn)冊(cè)，重新擺放儀器；2、移動(dòng)透鏡的速度過快，使得我們看不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也就沒法組成顯微鏡，最后經(jīng)過老師的指導(dǎo)，我們緩慢移動(dòng)透鏡；3、由于不知道會(huì)看到什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以至于我們看到了微小的現(xiàn)象，以為不是我們想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再次導(dǎo)致沒有做出來；4、最終在老師的一再指導(dǎo)下，我們終于自組成功顯微鏡，且通過觀察我們得到規(guī)律：凸透鏡成像規(guī)律：物體在一倍焦距以內(nèi)，成放大正立的虛像；在一倍焦距以外二倍焦距以內(nèi)成倒立放大放大的實(shí)像。工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三偏振光分析（測(cè)量實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察光的偏振現(xiàn)象，分析偏振光，起偏，定光軸二、實(shí)驗(yàn)原理（一）偏振光的基本概念光是電磁波，它的電矢量E和磁矢量H相互垂直，且均垂直于光的傳播方向c，通常用電矢量E代表代表光的振動(dòng)方向，并將電矢量E和光的傳播方向c所構(gòu)成的平面稱為光振動(dòng)面。在傳播過程中，電矢量的振動(dòng)方向始終在某一確定方向的光稱為平面偏振光或線偏振光，如附圖1（a）。光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射構(gòu)成的。由于大量原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)和輻射的隨機(jī)性，它們所發(fā)射的光的振動(dòng)面，出現(xiàn)在各個(gè)方面的幾率是相同的。故這種光源發(fā)射的光對(duì)外不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光附圖1（b）。在發(fā)光過程中，有些光的振動(dòng)面在某個(gè)特定方向上出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長時(shí)間內(nèi)電矢量在某一方向上較強(qiáng)，這種光稱為部分偏振光，如圖附圖1（c）所示，還有一些光，其振動(dòng)面的取向和電矢量的大小隨時(shí)間作有規(guī)律的變化，而電矢量末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓或圓。這種光稱為橢圓偏振光或圓偏振光。附圖1（a） 附圖1（a） 附圖1（b）附圖1（c）（二）獲得偏振光的常用方法將非偏振光變成偏振光的過程稱為起偏，起偏的裝置稱為起偏器。常用的起偏裝置主要工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)有：1、反射起偏器（或透射起偏器）當(dāng)自然光在兩種媒質(zhì)的界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光都將成為部分偏振光。當(dāng)入射角達(dá)到某一特定值Q時(shí)，反射光成為完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面（見附圖2）而角、就是布儒斯特角，也稱為起偏振角，由布儒斯特定律得tg①=n/n例如，當(dāng)光由空氣射向n=1.54的玻璃板時(shí)，q=57度若入射光以起偏振角Q射到多層平行玻璃片上，經(jīng)過多次反射最后透射出來的光也就接近于線偏振光，其振動(dòng)面平行于入射面。由多層玻璃片組成的這種透射起偏振器又稱為玻璃片堆。見附圖3。非線偏振光入射附圖3非線偏振光入射附圖3工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)附圖4入身自然光透射解面麟光附圖4入身自然光透射解面麟光2、晶體起偏器利用某些晶體的雙折射現(xiàn)象來獲得線偏振光，如尼科爾棱鏡等。1、 偏振片（分子型薄膜偏振片）聚乙烯醇膠膜內(nèi)部含有刷狀結(jié)構(gòu)的煉狀分子。在膠膜被拉伸時(shí)，這些煉狀分子被拉直并平行排列在拉伸方向上，拉伸過的膠膜只允許振動(dòng)取向平行于分子排列方向（此方向稱為偏振片的偏振軸）的光通過，利用它可獲得線偏振光，其示意圖參看圖附圖4。偏振片是一種常用的“起偏”元件，用它可獲得截面積較大的偏振光束（它就是本實(shí)驗(yàn)使用的元件）。（三）偏振光的檢測(cè)鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，它所用的裝置稱為檢偏器。實(shí)際上，起偏器和檢偏器是通用的。用于起偏的偏振片稱為起偏器，把它用于檢偏就成為檢偏器了。按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為I0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為I=IC0S20式中0為入射光偏振方向與檢偏器偏振軸之間的夾角。顯然，當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度I將發(fā)生周期性變化。當(dāng)0=0度時(shí)，透射光強(qiáng)度最大；當(dāng)0=90度時(shí)，透射光強(qiáng)度最?。ㄏ顟B(tài)）；當(dāng)0度<0<90度時(shí)，透射光強(qiáng)度介于最大值和最小之間。因此，根據(jù)透射光強(qiáng)度變化的情況，可以區(qū)別光的不同偏振狀態(tài)。（四）偏振光通過波晶片時(shí)的情形工程光學(xué)實(shí)驗(yàn).波晶片波晶片是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，其表面平行于光軸。當(dāng)一束單色平行自然光正入射到波晶片上時(shí)，光在晶體內(nèi)部便分解為o光與e光。o光電矢量垂直于光軸;e光電矢量平行于光軸。而o光和e光的傳播方向不變，仍都與表面垂直。但o光在晶體內(nèi)的速度為v,光的為、即相應(yīng)的折射率n°、,不同。設(shè)晶片的厚度為1，則兩束光通過晶體后就有位相差兀o=不（n—n）I

九°e式中人為光波在真空中的波長。o=2k兀的晶片，o=2E+兀稱為全波片；者為半波片（入/2波片）；o=2kk±-為入/4片，上面的k都是任意整數(shù)。不論全波片，半波片或入/4片都是對(duì)2一定波長而言。以下直角坐標(biāo)系的選擇，是以e光振動(dòng)方向?yàn)闄M軸，o光振動(dòng)方向?yàn)榭v軸。沿任意方向振動(dòng)的光，正入射到波晶片的表面，其振動(dòng)便按此坐標(biāo)系分解為e分量和o分量。.光束通過波片后偏振態(tài)的改變平行光垂直入射到波晶片后，分解為e分量和o分量，透過晶片，二者間產(chǎn)生一附加位相差。。離開晶片時(shí)合成光波的偏振性質(zhì)，決定于。及入射光的性質(zhì)。（1）偏振態(tài)不變的情形6）自然光通過波晶片，仍為自然光。因?yàn)樽匀还獾膬蓚€(gè)正交分量之間的位相差是無規(guī)的，通過波晶片，引入一恒定的位相差。，其結(jié)果還是無規(guī)的。（血）若入射光為線偏振光，其電矢量E平行e軸（或o軸），則任何波長片對(duì)它都不起作用，出射光仍為原來的線偏振光。因?yàn)檫@時(shí)只有一個(gè)分量，談不上振動(dòng)的合成與偏振態(tài)的改變。除上述二情形外，偏振光通過波晶片，一般其偏振情況是要改變的。（2）入/2片與偏振光6）若入射光為線偏振光，在入/2片的前面（入射處）上分解為E=Acos①tE-Acos（31+e） ￡=0或n工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)出射光表示為2兀八E=Acos（31-—nl）2兀E=Acos（31+e--^nl）討論二波的相對(duì)位相差，上式可寫為E=Acos312 / 2兀，2兀八E=Acos（31+s-nl+ nl）oo 入o入e=Acos（31+e-o），o=兀o出射光二正交分量的相對(duì)位相差由此決定?，F(xiàn)在￡-o=0—兀=—兀和￡-o=?！?0這說明出射光也是線偏振光，但振動(dòng)方向與入射光的不同。如入射光與晶片光軸成0角，則出射光與光軸成-0角。即線偏振光經(jīng)人/2片電矢量振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過了20角。（血）若入射光為橢圓偏振光,作類似的分析可知,半波片既改變橢圓偏振光長（短）軸的取向，也改變橢圓偏振光（圓偏振光）的旋轉(zhuǎn)方向。（3）入/4片與偏振光6）入射光為線偏振光E=Acos31E=Acos（31+￡） e=0或n則出射光為E=Acos31兀E=Acos（31+￡-o）,o=±—?jiǎng)t出射光為E=Acos31e兀E=Acos（31+￡-o）,o=±—o 2此式代表一正橢圓偏振光?！?o=+1對(duì)應(yīng)于右旋，￡-o=-g對(duì)應(yīng)于左旋。當(dāng)Ae=Ao時(shí),工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)出射光為圓偏振光。（血）入射光為圓偏振光E=Acos①te兀E=Acos（31+￡）,e=±—

。 2此式代表線偏振光?！?O=0出射光電矢量E出沿一、三象限；￡-。=兀，/沿二、四象限。（遺）入射光為橢圓偏振光E=Acos31E=Acos（31+￡），￡在-兀到十兀任意取某值出射光為E=Acos31兀E=Acos（31+￡-O），o=±—可見出射光一般為橢圓偏振光。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、He-Ne激光器（632.8nm）2、偏振片（起偏器）TOC\o"1-5"\h\z3、可變口徑二維架： SZ-054、偏振片（檢偏器）5、X軸旋轉(zhuǎn)二維架： SZ-066、白屏H： SZ-137、滑座： TH708、滑座： TH70Y9、滑座： TH70Y10、滑座： TH7011、1/4、1/2波片各一片工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)12、滑座:TH70Y（波片使用）四、儀器實(shí)物圖及原理圖H工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)12、滑座:TH70Y（波片使用）四、儀器實(shí)物圖及原理圖H圖十五五、實(shí)驗(yàn)步驟，及數(shù)據(jù)處理定偏振片光軸：把所有器件按圖十五的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。旋轉(zhuǎn)第二個(gè)偏振片，使起偏器的偏振軸與檢偏器的偏振軸相互垂直，這時(shí)可看到消光現(xiàn)象。考察平面偏振光通過入/2波長時(shí)的現(xiàn)象：（1）在兩塊偏振片之間插入入/2波長片，把X軸旋轉(zhuǎn)二維架轉(zhuǎn)動(dòng)360度，能看到幾次消光？解釋這現(xiàn)象。（2）將入/2波長轉(zhuǎn)任意角度，這時(shí)消光現(xiàn)象被破壞。把檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)360度，觀察到什么現(xiàn)象？由此說明通過入/2波長片后，光變?yōu)樵鯓拥钠駹顟B(tài)？（3）仍使起偏器和檢偏器處于正交（即處于消光現(xiàn)象時(shí)），插入入/2波長，使消光，再將其轉(zhuǎn)15度，破壞其消光。轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器至消光位置，并記錄檢偏器所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)(4)繼續(xù)將入/2波長轉(zhuǎn)15度(即總轉(zhuǎn)動(dòng)角為30度)，記錄檢偏器達(dá)到消光所轉(zhuǎn)總角度。依次使入/2波長總轉(zhuǎn)角為45度，60度，75度，90度，記錄檢偏器消光時(shí)所轉(zhuǎn)總角度。半波片轉(zhuǎn)動(dòng)角度檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)角度15度30度45度60度75度90度匕面實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出什么規(guī)律?用波長片產(chǎn)生圓偏振光和橢圓偏振光(1)按圖十五使其起偏器和檢偏器正交，用人/4波長片代替人/2波長片，轉(zhuǎn)動(dòng)入/4波片使消光。(2)再將入/4波片轉(zhuǎn)動(dòng)15度，然后將檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)360度，觀察到什么現(xiàn)象？你認(rèn)為這時(shí)從入/4波片出來光的偏振狀態(tài)是怎樣？(3)依次將轉(zhuǎn)動(dòng)總角度為30度，45度，60度，75度，90度，每次將檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄所觀察到的現(xiàn)象。入/4波片轉(zhuǎn)動(dòng)的角度檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)360度觀察到的現(xiàn)象光的偏振性質(zhì)15度30度45度60度75度90度六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果2、(1)、出現(xiàn)4次消光;(2)、出現(xiàn)2次消光;(3)、(4)、工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)半波片轉(zhuǎn)動(dòng)角度檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)角度15度30度30度60度45度90度60度120度75度150度90度180度規(guī)律：當(dāng)半波片轉(zhuǎn)動(dòng)任一角度t時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)2*t。3、（1）出現(xiàn)4次消光;（2）、（3）、1/4波長轉(zhuǎn)動(dòng)角度檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)360度觀察到的現(xiàn)象光的偏振性質(zhì)15度亮一暗一亮一暗橢圓偏振光30度亮一暗一亮一暗橢圓偏振光45度不變圓偏振光60度亮一暗一亮一暗橢圓偏振光75度亮一暗一亮一暗橢圓偏振光90度兩次完全消光線偏振光七、心得體會(huì)1、第一次做實(shí)驗(yàn)，沒有按照實(shí)驗(yàn)冊(cè)上講的步驟做，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差太大，基本是屬于不正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；2、雖然得到的結(jié)果毫無規(guī)律，不像是正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是我們自認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過程沒有問題，所以如實(shí)記錄數(shù)據(jù)，后來證實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的確是錯(cuò)誤的；3、第二次做實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)步驟來做，但是由于不明白實(shí)驗(yàn)原理，課前也沒有進(jìn)行復(fù)習(xí),未掌握實(shí)驗(yàn)過程，錯(cuò)把起偏器當(dāng)成了檢偏器，再次導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的錯(cuò)誤，最終在老師的耐心指導(dǎo)下，終于明白的問題所在；4、第三次做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)的老師的指導(dǎo)，以及閱讀實(shí)驗(yàn)冊(cè)，明白實(shí)驗(yàn)的原理及過程，終于得到了正確地實(shí)驗(yàn)結(jié)果；5、做1/4波長的實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，吸取了半波片實(shí)驗(yàn)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是由于該次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不像半波片的結(jié)果那樣有規(guī)律可循，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果很不自信，最后跟老師交談，老師說要忠于實(shí)驗(yàn)，如實(shí)記錄，這是作為實(shí)驗(yàn)者需要的特別重要的素質(zhì)，這樣記錄的結(jié)果哪怕不正確，至少我們的態(tài)度是端正的。工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)6、通過這次實(shí)驗(yàn)，我深刻體會(huì)到課前預(yù)習(xí)的重要性，以及做實(shí)驗(yàn)一定按部就班、認(rèn)真謹(jǐn)慎，唯有這樣我們才能探索出科學(xué)的真理。實(shí)驗(yàn)四阿貝成像原理和空間濾波(測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私飧独锶~光學(xué)基本原理的物理意義，加深對(duì)光學(xué)中的空間頻譜和空間濾波等概念的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理傅立葉變換在光學(xué)成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。在信息光學(xué)中、常用傅立葉變換來表達(dá)和處理光的成像過程。設(shè)一個(gè)xy平面上的光場(chǎng)的振幅分布為g(x,y)，可以將這樣一個(gè)空間分布展開為一系列基元函數(shù)exp[談(fx+fy)]的線性疊加。即g(x,y)=fJG(fxfy)exp[2兀(fx+fy)]dfxdfy (1)fjfy為x,y方向的空間頻率，量綱為L-1；G(ff是相應(yīng)于空間頻率為fjfy的基元函數(shù)的權(quán)重，也稱為光場(chǎng)的空間頻率，G(fj)可由下式求得：G(x,y)=JJg(x,y)exp[-2沉(fx+fy)]dxdy (2)xyg(x,y)和G(ff)實(shí)際上是對(duì)同一光場(chǎng)的兩種本質(zhì)上等效的描述。xy當(dāng)g(x,y)是一個(gè)空間的周期性函數(shù)時(shí)，其空間頻率就是不連續(xù)的。例如空間頻率為f的一0維光柵，其光振幅分布展開成級(jí)數(shù)：g(x)二為Gexp[i2nnfx]n=-s相應(yīng)的空間頻率為f=0，f0，f0。阿貝成像原理傅立葉變換在光學(xué)成像中的重要性，首先在顯微鏡的研究中顯示出來。E.阿貝在1873年提出了顯微鏡的成像原理，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。阿貝認(rèn)為，在相干光照明下，顯微鏡工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)的成像可分為兩個(gè)步驟，第一個(gè)步驟是通過物的衍射光在物鏡后焦面上形成一個(gè)初級(jí)衍射（頻譜圖）圖。第二個(gè)步驟則為物鏡后焦面上的初級(jí)衍射圖向前發(fā)出球面波，干涉疊加為位于目鏡焦面上的像，這個(gè)像可以通過目鏡觀察到。成像的這兩步驟本質(zhì)上就是兩次傅立葉變換，如果物的振幅分布是g（x,y），可以證明在物鏡后面焦面X'，y，上的光強(qiáng)分布正好是g（x,y）的傅立葉變換G（ff）。（只要令f=工，%y x兒Ff=m，九為波長，f為物鏡焦距）。所以第一步驟起的作用就是把一個(gè)光場(chǎng)的空間分布變y兒F成為：空間頻率分布；而第二步驟則是又一次傅氏變換將G（f又還原到空間分布。附圖1顯示了成像的這兩個(gè)步驟，為了方便起見，我們假設(shè)物是一個(gè)一維光柵，平行光照在光柵上，經(jīng)衍射分解成為向不同方向的很多束平行光（每一束平行光相應(yīng)于一定的空間頻率）。經(jīng)過物鏡分別聚集在后焦面上形成點(diǎn)陣，然后代表不同空間頻率的光束又從新在像平面上復(fù)合而成像。附圖1但一般說來，像和物不可能完全一樣，這是由于透鏡的孔徑是有限的，總有一部分衍射角度較大的高次成分（高頻信息）不能進(jìn)入到物鏡而被丟棄了，所以像的信息總是比物的信息要少一些，高頻信息主要是反映物的細(xì)節(jié)的，如果高頻信息受到了孔徑的阻擋而不能到達(dá)像平面，則無論顯微鏡有多大的放大倍數(shù)，也不可能在像平面上分辨出這些細(xì)節(jié)，這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因，特別當(dāng)物的結(jié)構(gòu)是非常精細(xì)（例如很密的光柵），或物鏡孔徑非常小時(shí)，有可能只有0級(jí)衍射（空間頻率為0）能通過，則在像平面上就完全不能形成圖像。光學(xué)空間濾波上面我們看到在顯微鏡中物鏡的孔徑實(shí)際上起了一個(gè)高頻濾波的作用，這就啟示我們，如果在焦平面上人為的插上一些濾波器（吸收板或移相板）以改變焦平面上光振幅和位相就工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)需要改變像平面上的頻譜，這就叫做空間濾波。最簡(jiǎn)單的濾波器就是把一些特殊形式的光闌插到焦平面上，使一個(gè)或幾個(gè)頻率分量能通過，而擋住其他頻率分量，從而使像平面上的圖像只包括一種或幾種頻率分量，對(duì)這些現(xiàn)象的觀察能使我們對(duì)空間傅立葉變換和空間濾波有更明晰的概念。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、He-Ne激光器（632.8nm）2、擴(kuò)束鏡L1：f1=4.5mm3、二維調(diào)整架：SZ-074、準(zhǔn)直鏡L2：f2=190mm5、二維調(diào)整架：SZ-076、一維光柵（25L/mm）7、干板架：SZ-128、傅立葉透鏡L3f3=150mm9、白屏P：SZ-1310、滑座：TH7011、滑座：TH70Y12、滑座：TH70Y13、滑座：TH70Y14、滑座：TH70Y15、滑座：TH70Y16、滑座：TH7017、頻譜濾波器：SZ-32四、儀器實(shí)物圖及原理圖工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)圖七0■圖七0■五、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理1、用L1、L2組成擴(kuò)束系統(tǒng)，使其出射的平行激光光束垂直的照射在其狹縫沿鉛直方向放置的一維光柵上。前后移動(dòng)變換透鏡L3,使光柵（物）清晰的成像于離物兩米以外的墻壁上。此時(shí)光柵位置接近于透鏡的前焦面，故透鏡的后焦面就為其傅氏面，該面上光強(qiáng)的分布即為物的空間頻譜。用白屏H在透鏡的后焦面附近慢慢移動(dòng)，在透鏡后焦面上可以觀察到水平排列的一些清晰光點(diǎn)。這些光點(diǎn)相應(yīng)于光柵的0,土1，土2 級(jí)衍射極大值,用米尺大約測(cè)出各光點(diǎn)與中央最亮點(diǎn)的距離X，由x以及透鏡的焦距F，光波波長入，試求出這些光點(diǎn)相應(yīng)的空間頻率。位置%