附录2实验思考题解答

94附录2：光信息处理实验思考题解答实验一自组显微镜（1）为什么不能用单个放大镜将微小物体的尺寸放大？答：由于物体非常之小，若用高放大倍数的镜子，则视场更小，就无法找到它。故必需先用一个短焦距的物镜将其放大为一倒立实像后，再用目镜放大成为一倒立虚像。（2）为什么显微镜的物镜对像差得要求较高？答：进入显微物镜的光线对近轴光线的假设，偏离最多。所以像差相对较大，必需严格修正。否则像差就会被目镜进一步放大。（3）为什么显微镜的焦距要做得较短，相应的口径也做得较小？答：是为了具有较大的放大倍数见(1-4)，和较高的分辨率，见(1-5)式。实验二自组望远镜（1）望远镜为什么不能将物体的尺寸放大？答：因为物体远在物方焦点之外，故不可能形成线放大倍数。（2）望远镜的物镜对像差的要求为什么没有显微镜高，也没有照相机高？答：由于进入望远物镜的光束基本上满足近轴光线的要求，故把物镜成像看作理想光学系统不算太过分。故其像差就自然较小。（3）为什么望远镜的焦距要做得较长，相应的口径也要做大？答：望远物镜焦距长才能有较大的放大倍数，见(2-1)式。口径大才能有较高的分辨率。实验三自组光栅单色仪（1）为什么实验时，要让光栅的整个面积都被入射光照满？答：只有这样得到的谱线较细，才能有较高的分辨率，另外也可以增加谱线的亮度。（2）从光栅出来的单色光，是长波还是短波的偏转角大些？和棱镜单色仪作一比较。答：从光栅方程(3-2)式看出，在光栅常数和光谱级数一定时，光的衍射出射角与光波长成正比，故波长越长则偏转角越大。对棱镜来讲是正常色散，即波长与折射率成反比，即长波的折射率较小，按折射定理通过棱镜后的偏转角度应较小。实验四全息光栅的拍摄（1）为什么拍摄时要做到两光束的光程相同？答：在两光束的光程基本相等时，自相关函数有最大值，这时有最大的条纹对比度，意味着95衍射效率最大。也意味着能照顾拍摄物体的最大尺寸。（2）为什么在拍摄时，两光束的光强比要采用1:1--1:1.5之间？答：本来拍摄光栅可采用1:1以获得最大的条纹对比度，意味着有较高的衍射效率。但是若曝光量稍大，就可能导致非线性噪声的增加。（3）为什么采用较短的显影时间有利于减小噪声？答：化学处理常常是增大银盐的颗粒度，来达到增加黑度的目的。这样做的结果会导致全息再现像的噪声增大，故采用较短的显影时间，能够减小银盐的颗粒度，因而有利于减小噪声。（4）在观察相位全息光栅衍射时，要怎样才能观察到高级衍射光，为什么？答：在拍摄全息图时，常采用物光和参考光的夹角为45，故一级衍射像与再现光以成45，故要看到高级衍射像，必需旋转全息片，否则高级衍射像就成为消失波了。（5）为什么不适宜用延长曝光时间来增加黑度？答：增加曝光时间会增加振动对全息干涉条纹的影响，意味着衍射效率的降低，故不宜采用过长的曝光时间。实验五散射物体离轴全息图的拍摄（1）为什么要做到让参考光和物光的光程相同？答：见前面，不再重述。（2）为什么在拍摄散射物体全息时，要采用较大的参物比？答：我们所纪录的散射物体的物光场，实际上是散射物体的菲涅尔谱。它是一个无规则分布的散斑场，其中暗斑多亮斑少。提高参考光的亮度可以提升总的条纹对比度，这对提高全息像的衍射效率有利。（3）为什么采用较短的显影时间有利于减小噪声？答：见前面，不再重述。（4）在折射率型的相位全息图中，是否会产生过嚗光的情况？答：曝光后再漂白才行成相位光栅，这样形成的折射率变化是有限的，故一般不会导致相位调制角太大，而使贝塞尔函数超过最大值，造成衍射效率下降的情况。相反对于折射率相位光栅，面对的是如何提高衍射效率的问题，这往往是寻找较好的记录材料和相应的化学处理方法的问题。这时光化学家研究的对象。（5）为什么不适宜用延长嚗光时间来增加黑度？答：见前面，不再重述。96实验六用二步法拍摄彩虹全息图（1）彩虹全息图再现像的单色性与什么因素有关？答：与三个因素有关；①与狭缝的宽度有关，缝越笮单色性越好。②与光栅的条纹密度有关，越密则光栅色散越大，单色性越好。③缝距全息片的距离越远则单色性越好，但不宜太远。（2）彩虹全息图为什么一定要用逆共轭光再现？答：只有再现狭缝实像横在眼睛与干板之前，才能起到限制通道的作用。故必需用逆共轭光再现。（3）怎样提高彩虹全息图的衍射效率？答：影响衍射效率的因素，除了和离轴全息图相同的原因而外。彩虹全息图的衍射效率还与缝的宽度有关，缝越笮则光被汇集得越严重，衍射效率也就越高。（4）为什么透镜成像法拍摄质量较二步法为高？答：主要是像差小，噪声也小，故前者拍摄质量较高。实验六*反射体积全息图的拍摄（1）体积反射全息图为什么不能用拍摄时所使用的激光波长再现图像？答：因为化学处理造成光栅收缩，固原拍摄波长一步满足不拉格条件，不能再现物象。一般要用更短得波长来再现图像。若要用原波长再现，必需采用不会收缩得化学处理方法。（2）体积反射全息图为什么可以用白光再现？答：体积全息得再现光必需满足布拉格条件，不同的波长，有不同的布拉格角，对体积全息图来说，它的光栅允许的发散角极小，也就是允许的角度偏差极小。所以对一定的光栅波长只有一个特定波长能够满足布拉格条件，所以可以用白光再现。（3）用二步法拍摄体积反射全息图的主要质量问题是什答：主要还是波像差和噪声较大。曝光时间长还会造成衍射效率不高。实验七空间滤波实验（1）如何计算图像放大后的尺寸？答：依照傅立叶变换像的大小按下式计算bufA22式中λ是再现波长，f是像到透镜的距离，ub是谱的分辨率。（2）处理后的像实际上是原物体和滤波器频谱的卷积，对不对？答：是卷积的傅立叶变换。97（3）如果滤波器刚好是物频谱的共轭谱，像面上会出现什么？答：相关峰。