Optomechatronika - Laboratorium

SPRAWOZDANIE

Ćwiczenie 1: KOHERENTNE ODWZOROWANIE OPTYCZNE I FILTRACJA CZĘSTOŚCI PRZSTRZENNYCH

Prowadząca: mgr inż. Katarzyna Krupa

Wesołowski Szymon, Pryzowicz Andrzej, Timoszenko Kiriłł Grupa 25

1. Obserwacja zmian w energetycznym widmie Fraunhofera

W tej części ćwiczenia obserwowaliśmy zmiany w energetycznym widnie Fraunhofera siatki dyfrakcyjnej w funkcji okresu przestrzennego 'd' i ustawienia kątowego płaszczyzny siatki względem wiązki światła. Zadane ustawienie kątowe siatki uzyskiwaliśmy poprzez jej obrót wokół kierunku propagacji wiązki oświetlającej lub poprzez obrót wokół osi równoległej lub prostopadłej do linii siatki. Badaliśmy dwie binarne amplitudowe siatki dyfrakcyjne o okresie siatki 'd' równym odpowiednio: d₁ = 10 linii/mm i d₂ = 25 linii/mm .

a) położenie normalne siatki:

Rys.1 Obraz siatki d₁

Rys. 2 Obraz siatki d₂

b) obrót dookoła osi równoległej do linii siatki:

Rys. 3 Obraz uzyskany po obrocie siatki d₁ zgodnie z pkt. b)

Rys. 4 Obraz uzyskany po obrocie siatki d₂ zgodnie z pkt. b)

c) obrót dookoła osi równoległej do kierunku propagacji wiązki o 90º:

Rys. 5 Obraz siatki d₁ Rys. 6 Obraz siatki d₂

d) obrót dookoła osi prostopadłej do linii siatki (obraz uzyskany z siatki d₁):

Zauważyliśmy wpływ gęstości siatki na obraz w energetycznym widmie Fraunhofera. Im większa gęstość siatki, tym szerszy był obserwowany obraz w płaszczyźnie widmowej. Obrót siatki względem osi równoległej do jej linii dał w efekcie zmianę szerokości obrazu (większe odległości między kolejnymi punktami obrazu widmowego). Obrót dookoła osi równoległej do kierunku propagacji spowodował obrót uzyskiwanego obrazu. Natomiast obrót siatki prostopadle do jej linii nie spowodował zmiany gęstości, ale zaowocował zakrzywieniem obrazu.

2. Obserwacja płynnej zmiany skali widma częstości przestrzennych siatki.

Obraz zaobserwowany blisko płaszczyzny widmowej Fraunhofera:

Obraz zaobserwowany blisko obiektywu L₁:

Zaobserwowaliśmy zmianę gęstości linii na obrazie. Spowodowane jest to tym, iż między obiektywem L1 a płaszczyzną Fraunhofera mamy do czynienia z falą kulistą i niejednakową gęstością promieniowania w jej obszarze.

3. Obserwacja wpływu harmonicznych na obraz binarnej amplitudowej siatki dyfrakcyjnej w płaszczyźnie P₃.

Obraz tworzony przez harmoniczne 0,+1:

Uzyskany obraz charakteryzował się dużo mniejszym kontrastem niż obraz bez filtra. Ponadto zauważyliśmy iż prążki miały znacznie bardziej poszarpane brzegi niż w obrazie bez filtra. Obraz tworzony po przepuszczeniu rzędu 0,-1 spowodowało powstanie podobnego obrazu, stąd wniosek iż rzędy plus i minus niosą te same informacje.

Obraz tworzony przez harmoniczne +1,0,-1:

Obraz tworzony przez harmoniczne -1,+1:

W porównaniu z obrazem utworzonym przez harmoniczne +1,0,-1 możemy zaobserwować zwiększoną gęstość pasków.

Obraz tworzony po przepuszczeniu rzędu +1,+2,+3:

Obraz tworzony po przepuszczeniu rzędu 0,+1,+2...

Obraz tworzony po przepuszczeniu wszystkich harmonicznych:

Wyznaczanie rozkładu intensywności tworzonego przez rzędy ugięcia 0 i +1:

Wyznaczanie rozkładu intensywności tworzonego przez rzędy ugięcia -1 i +1:

4. Górnoprzepustowa filtracja częstości przestrzennych.

Dokonując filtracji górnoprzepustowej zaobserwowaliśmy zjawisko konturowania:

Przefiltrowany sygnał zachował informację o zmianach w transmitancji siatki, dając obraz jej krawędzi.

5. Obserwacja wpływu przeogniskowania płaszczyzny obserwacji względem płaszczyzny P3.

Przepuszczając harmoniczne -1, 0, +1 zaobserwowaliśmy zjawisko samoobrazowania. Minimalna ilość rzędów potrzebnych do zaistnienia tego zjawiska to trzy rzędy. Aby dokonać pomiaru odległości samoobrazowania ustawiliśmy kamerę w płaszczyźnie P3 i przesuwając kamerę, obserwowaliśmy zmiany obrazu (podczas przesuwania widoczne były zmiany kontrastu obrazu). Zmierzona przez nas odległość samoobrazowania wyniosła: Δz_p = 17 mm. Według wzoru teoretycznego odległość samoobrazowania wynosi:

6. Filtracja w płaszczyźnie częstości przestrzennych przy użyciu siatki krzyżowej.

Korzystając z siatki krzyżowej udało nam sie wytworzyć dwie struktury okresowe: wycinając widmo pionowe uzyskaliśmy na obrazie prążki poziome, wycinając widmo poziome uzyskaliśmy prążki pionowe.

---