法布里-珀罗干涉仪实验原理及其干涉条纹图像处理技术研究(2)
时间:2018-08-15 11:06 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
光的干涉是光的波动性的重要特征，法布里-珀罗干涉是非常典型的等厚干涉之一，因此法布里-珀罗干涉仪实验成为学生更好了解掌握干涉知识不可缺少的一个实验。实验中，学生通过调节镜后的螺钉使得两平面镜平行以得到较好的干涉现象。然而在长期的实践中我们发现，这种传统的实验方法有一些较为突出的缺点，一是观察图像十分不方便，导致调节时间过长，长时间的观察会使学生视觉疲劳；二是人眼通过显微目镜进行的测量具有较大的误差，从而实验结果存在较大误差。无疑具有这些缺点的现行实验方法是不太能适合时代发展的，要想克服这些缺点，使学生更好地掌握法布里-珀罗干涉实验，必须对现有实验进行改革创新。 1.2 法布里-珀罗干涉仪的应用 法布里-珀罗干涉仪有两种结构，一种由两块平面玻璃板组成，内表面互相平行且具有高反射率，这两个平行板之间的距离可以通过调谐装置改变，另一种采用一块两外表面都具有高反射率的平行玻璃板，它的两个反射面距离是不变的，称之为标准具[1]。由于能够产生良好的多光束干涉效果，法布里-珀罗干涉仪被广泛应用于例如激光器谐振腔、信号的检测分析、精细距离的测定等等，这些应用体现了法布里-珀罗干涉仪的多光束干涉优势，法布里-珀罗干涉仪的多光束干涉在干涉平板之间以及出平板后都发生。 法布里-珀罗干涉仪在在光学谐振腔中有较广泛的应用，这时候它的作用相当于一个滤波器．当光束进入平板玻璃后，光束在两板间发生多次反射和入射，入射波和反射波发生干涉．为了在谐振腔内形成稳定的振荡，需要满足谐振的条件：光波在腔内往返一周的总相移等于2 的整数倍，这样光波经过干涉得到加强，由于光束加强需要以上所讲总相移等于2 的整数倍这一条件，所以对入射光具有选择性。根据公式 可以看到，反射率 越大干涉条纹的可见度越好．因此，选用反射率 接近于1的平板时，透射光会形成细密的亮条纹．这个特点使得法布里-珀罗干涉仪广泛的应用于光的波长频率测量。法布里-珀罗干涉仪能用于测量介质折射率的原理是：介质折射率变化时会引起相位差的变化，条纹亮暗与相位差有关，因而条纹亮暗发生变化，于是可以根据干涉条纹的亮暗测量介质折射率，在其基础之上可以用作加速度计、温度自补偿折射率计等，这为干涉仪更多的应用提供了理论依据和实施方向[2]。 1.3 本论文主要工作 本项目对一台法布里-珀罗干涉仪进行了改进，形成了一个新的集实验、采集、处理为一体的系统，该系统用合适的CCD摄像机和镜头采集干涉条纹图像，并加入实时显示系统实时显示实验现象与进程，后期对干涉条纹图样进行图像处理，如线性对比度展宽，图像滤波，二值化，开运算与闭运算，细化等等，然后对条纹中心线进行提取，拟合出干涉条纹的曲线，根据公式自动计算出实验要求的测量数据，相比于原实验通过显微目镜转动手轮人工测量大大降低了误差。 本论文的研究内容主要包括： 1) 干涉仪工作原理的研究：熟悉法布里-珀罗干涉仪的工作原理，了解其光路结构，掌握法布里-珀罗干涉仪实验的步骤。 2) 图像采集系统构建：用CCD图像采集器代替原先的人眼目视观测系统，根据光路计算镜头的焦距，选择合适的镜头，与CCD匹配使用，获取最佳效果的干涉条纹图像。 3) 图像处理方法研究：首先对干涉条纹图像进行预处理，其中有对比度展宽以及中值滤波，然后进行二值化，开运算与闭运算，细化、拟合成圆，通过拟合出圆的半径依据相应公式计算实验要求的数据结果。 (责任编辑：qin) |