实验重点及难点

1.根据光学实验原理,利用所给仪器在导轨上摆放出正确的光路。

2.能够根据透镜成像原理,测量傅里叶透镜的焦距。

3.利用夫琅和费衍射测一维光栅常数

4.观察并记录下述傅立叶频谱面上不同滤波条件的图样或特征。

辅助功能介绍:

界面的右上角的功能显示框:当在普通做实验状态下,显示实验实际用时、记录数据按钮、结束实验按钮、注意事项按钮;在考试状态下,显示考试所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束考试按钮、显示试卷按钮(考试状态下显示)、注意事项按钮。

右上角工具箱:各种使用工具,如计算器等。

右上角help和关闭按钮:help可以打开帮助文件,关闭按钮功能就是关闭实验。

实验仪器栏:存放实验所需的仪器,可以点击其中的仪器拖放至桌面,鼠标触及到仪器,实验仪器栏会显示仪器的相关信息;仪器使用完后,则不允许拖动仪器栏中的仪器了。

提示信息栏:显示实验过程中的仪器信息,实验内容信息,仪器功能按钮信息等相关信息,按F1键可以获得更多帮助信息。

实验状态辅助栏:显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出),当前实验内容显示为红色,其他实验内容为蓝色;可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。切换至新的实验内容后,实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。

实验操作方法:

(1)主窗口介绍:

成功进入实验场景窗体,实验场景的主窗体如下图组所示:

傅里叶光学实验主场景图

(2)调节平行光路。

a) 将扩束镜、准直镜和光屏放到导轨上,并按照光路(光路:激光器→扩束镜→准直镜→光屏)摆放好仪器。

调平行光光路图

b) 打开激光器,调整扩束镜和准直镜之间的距离,直到移动光屏时光屏上的光斑直径不发生变化,此时平行光调节成功。

平行光调节成功图

c) 平行光调节成功以后,打开数据表格窗口,点击调节平行光的“确认光路”按钮(下图红色方框内按钮)保存当前光路状态

调节平行光的数据表格图

(3)测量傅里叶透镜的焦距。

a)将傅里叶透镜(实验中的两个傅里叶透镜任选一个都可以)放到导轨上,并按照光路(光路:激光器→扩束镜→准直镜→傅里叶透镜→光屏)摆放好。

测量傅里叶透镜的焦距光路图

b) 打开激光器,在完成平行光调节的基础上,调整傅里叶透镜与光屏之间的距离,直到光屏上的光斑直径最小,亮度最亮,此时光路调节成功。

光斑最小时光屏图

c)打开数据表格窗口,点击测量傅里叶焦距的“确认光路”按钮(下图红色方框内按钮)保存当前光路状态。

测量傅里叶透镜焦距数据窗口图

d)双击主场景中导轨上的傅里叶透镜和光屏,查看仪器俯视图,读出仪器在导轨上的位置,计算仪器之间的距离并填入到数据表格中。

傅里叶透镜仪器俯视图

光屏仪器俯视图

(4)利用夫琅和费衍射测一维光栅常数。

a)将物屏放到导轨上,并按照光路(光路:激光器→扩束镜→准直镜→物屏→傅里叶透镜→光屏)摆放好。

测一维光栅常数的光路图

b)在调整平行光的基础上,调整物屏、傅里叶透镜和光屏的位置,使得物屏在傅里叶透镜的左焦点处,光屏在傅里叶透镜的右焦点处;打开激光器的电源开关,同时选择合适的一维光栅(参见物屏功能介绍),此时光屏上会出现光栅的衍射光斑。(注意:若此时没有出现衍射光斑,需要适当微调物屏和光屏的位置。)

衍射光斑图案

c)打开数据表格窗口,点击计算一维光栅常数的“确认光路”按钮(下图红色方框内按钮)保存当前光路状态。

d)移动光屏上的游标卡尺(参见游标卡尺的功能介绍),测量光屏上的光栅衍射图案的±1级光斑和±2级光斑的距离。

e)根据光栅方程:dsinθ=kλ其中,k=0,±1,±2,±3,…计算一维光栅常数,并将测量与计算结果填入数据表格中。

计算一维光栅常数数据窗口图

(5)观察并记录傅立叶频谱面上不同滤波条件的图样或特征。

a)将另一个傅里叶透镜、滤波器放到导轨上,并按照光路(光路:激光器→扩束镜→准直镜→物屏→傅里叶透镜1→滤波器→傅里叶透镜2→光屏)摆放好仪器。

b)在调整平行光的基础上,选择合适的光栅,调整物屏、傅里叶透镜、滤波器位置,直到滤波器上出现清晰的光栅衍射图案。

滤波器上的衍射图案

c)在b)的基础上调整傅里叶透镜2和光屏的位置,使得光屏上出现傅里叶滤波图案。

光屏上的傅里叶滤波图案

4f系统的光路及效果图

d)打开数据表格窗口,点击该模块下的“确认光路”按钮(下图红色方框内按钮)保存当前光路状态。

傅里叶频谱特征数据窗口图

(6)“光”字屏滤波,物面上是规则的光栅和一个汉字组成叠加,观察实验结果。

将物屏上的光栅换成“光”字屏,打开激光器,观察4f系统的成像特征。

“光”字屏衍射图