非平行雙光柵衍射成像物像位置偏移量研究

謝春勇等

摘 要：為了研究雙光柵衍射成像中物體虛像位置與原物位置發(fā)生橫向偏移情況及其影響因素，設(shè)計(jì)了非平行雙光柵衍射成像物像位置偏移量的測(cè)量裝置，應(yīng)用MATLAB以及光柵衍射匯合成像方程[1]，實(shí)驗(yàn)得到橫向偏移量的情況以及影響偏移量的因素，并對(duì)偏移量產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：雙光柵衍射成像；物像位置；橫向偏移量

引言

雙光柵成像效應(yīng)，就是利用兩光柵的“色散”與“匯合光譜” 作用實(shí)現(xiàn)的成像的[2-7]。虛像的位置很難確定，一般位于原物位置附近，但是又有一定的偏移，偏移量隨光柵的組合不同，兩光柵的夾角不同等有一定的差異。了解和認(rèn)識(shí)這種偏移特別是橫向偏移對(duì)于雙光柵成像系統(tǒng)的應(yīng)用很重要。實(shí)驗(yàn)就從這方面進(jìn)行了研究，利用Mat lab程序[8]代碼對(duì)原像和虛像進(jìn)行分析。

1 雙光柵衍射成像原理

物光波先經(jīng)過(guò)一光柵的色散再經(jīng)另一光柵的匯合光譜作用后重新形成清晰的物體虛象，從而可實(shí)現(xiàn)隔著障礙物看清前方物體，即“隔屏觀物”[5-7]。

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

非平行雙光柵衍射成像物像位置偏移量的測(cè)量主要是包括機(jī)械部分、光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)[4-5]，如圖1所示。

3 偏移量測(cè)量的實(shí)驗(yàn)原理

經(jīng)過(guò)雙光柵衍射形成的虛像一般與原像存在一定的橫向（x方向）偏移，該偏移量隨光柵的組合不同、兩光柵的夾角不同等而又一定的差異。

參考文獻(xiàn)[1]給出了計(jì)算橫向偏移量的方法：

而本實(shí)驗(yàn)采用的方法是：通過(guò)用攝像機(jī)拍攝原像和虛像，然后用Mat lab程序代碼對(duì)原像和虛像進(jìn)行分析，求出虛像相對(duì)原像在x方向的偏移量？駐x，并探究偏移量的特性。

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

G1法線對(duì)準(zhǔn)零刻度，G2中心對(duì)齊干板夾中心，用攝像機(jī)代替望遠(yuǎn)鏡。按照表1調(diào)節(jié)好各參數(shù)，按指定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)G2（順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)）。調(diào)節(jié)攝像機(jī)鏡頭直到找到不同角度下k2=1級(jí)大致清晰的消色散圖像，用攝像機(jī)拍攝完整的虛像圖像，命好文件名，并記錄z2。將減光片插入十字點(diǎn)觀察物上的減光盒內(nèi)，移開(kāi)擋板和G2，使經(jīng)過(guò)減光片衰減后的光直接進(jìn)入攝像機(jī)，用于攝像機(jī)拍攝原像圖像形狀，最后拍攝下完整的觀察物原像圖像并記錄原像文件名。用MATLAB程序代碼對(duì)原像和虛像進(jìn)行分析，求出虛像相對(duì)原像在x方向的偏移？駐x。

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)兩光柵并非平行放置而是有不為零的夾角時(shí)。隨著光柵G2的角度θ逐漸增大，偏移量？駐x值先減少，而后逐漸增大，在θ接近0°時(shí)， ？駐x有最小值，θ與？駐x的變化曲線是一個(gè)“類拋物線”的形狀。兩光柵的夾角（逆時(shí)針為負(fù)，順時(shí)針為正）越大，偏移量越大。

實(shí)際上物像位置偏移量的大小與兩片光柵的參數(shù)、兩次衍射的衍射級(jí)數(shù)、光源目標(biāo)物距離第一片光柵的距離以及光源的中心波長(zhǎng)有關(guān)[1]。

參考文獻(xiàn)

[1]張衛(wèi)平，李洪亮，吳亞麗.雙光柵成像效應(yīng)中物像位置的橫向偏移[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，2：226-229.

[2]陳舉，萬(wàn)玲玉，張衛(wèi)平，等.雙光柵衍射消色散成像實(shí)驗(yàn)圖像的處理[J].物理實(shí)驗(yàn)，2013，10：13-17.

[3]黃創(chuàng)高，張衛(wèi)平，馬雪梅，等.雙光柵衍射成像儀研制與使用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，9：57-59.

[4]張衛(wèi)平，萬(wàn)玲玉，肖鈺斐，等.雙光柵衍射成像實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)儀器[A].中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì).中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C].中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)，2010：6.

[5]方煜.成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與像質(zhì)評(píng)價(jià)研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所），2013.

[6]張衛(wèi)平，何小榮.光柵的匯合光譜特性與雙光柵成象效應(yīng)[J].中國(guó)科學(xué)G輯：物理學(xué)、力學(xué)、天文學(xué)，2006，5：556-560.

[7]李柯楠，李翔，周進(jìn).雙光柵衍射在成像中色散與合成的實(shí)驗(yàn)研究[J].物理實(shí)驗(yàn)，2012，7：40-42+46.

[8]張志涌.掌握和精通MATLAB[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997：132-136.