有趣的空间滤波 空间滤波是光学信息处理的一种方 法。其基本光路如图1所示。 这种光路常称为4系统。一对焦距为4f-f-f--f L1 F f的透镜L,L放在相距2f的位置。L1的前焦 图1 面∑0为物面,L的后焦面∑为像面。L1,L2的中间是频谱面ΣF。在物面∑上放一透 明图像,用单色平面波照射,透射光的复振幅为0(X,y),,对0(X,y)作付里叶变换, 在滤波平面ΣF上形成0X,y)的频谱经过L再作一次付里叶变换,在像平面∑F上形成 像I(x',y"),如果∑F上没有东西,则I(X,y)原则上是0(X,y)的倒像。 但如果在ΣF上加一些滤波器,则频谱F将变化,经L2再次付里叶变换形成的图 像亦将不同于0(X,y)。 下列实验是一个有趣的 例子; 把带有尘土的栅格作为 物0(X,y),其频谱如图2(A)所 示。粗看是一个点阵,反映了栅格频谱,实际上在每个光点附近都还有一些反映尘 土的频谱。如果在ΣF上没有滤波器,则在像面上可以清楚地看到栅格和尘土,如图 2(B)。 在ΣF上放一光栏只让∑F上的各个光点的中心部分通过而尘土的信息通不过如 图3(A)所示,像面上只有栅格,尘土完全看不见了,见图3(B) 如光栏是一个较大的孔,既栅格0级衍射及其周边信息都能通过,如图4(A 则像面上只见尘土,而看不见栅格。如图4(B)所示 缩小光栏如图5(A),则尘土的高频成分减少,由此得到的图像如图5(B)和图 5(C)所示。此时大块的尘土形象还能看到,但已失去高频信息。当滤波圆孔小到 定程度时,像面上看不到任何图像只有一片均匀的光图50)册和尘 土的信息都被滤干净了 如果在∑上用一挡板除去级行射,通过牙面的信息如图6(A)所示则要光 强被挡住。出现在像面上的是栅格和尘土的高频信息如图6(B
高温超导材料特性测试 前言:高温超导电性是物理学的前沿课 题,具有重大的应用前景。低温物理实 验技术越来越广泛地应用到了各个学科 领域。本实验正是以高温超导为题为理 工科低年级学生所开设的低温物理实 验。 ne toh on 图1超导磁悬浮火车及结构 零电阻现象:1911年,卡麦林·昂纳斯(H. Kamer ling 0.125 ones)用液氦冷却水银线并通以几毫安的电流,在测量 0.100 其端电压时发现,当温度稍低于液氦的正常沸点时,水银 线的电阻突然跌落到零,这就是所谓的零电阻现象或超导 050 电现象。通常把具有这种超导电性的物体,称为超导体, 0.025 而把电阻突然跌落到零的温度称为临界温度TC。现代超导 4.04.14.24.34.4 图2卡麦林·昂纳斯 重力仪的观测表明,超导态即使有电阻,其电阻率也必定 所测汞转换曲线小于109·m 完全抗磁性:1933年,迈斯纳(W.F. Meissner)和奥克森菲尔德 0 ochsenfeld)把锡和铅样品放在外磁场中冷却并测量其外部磁场分布时发 现,不论超导转变前还是转变mm is along for the rire 后加外磁场,只要T<Tc超 导体内部的磁感应强度B总是 等于零,被称为迈斯纳效应或 完全抗磁性。迈斯纳效应可以 用磁悬浮实验来验证。 高临界温度超导体:超导电现象发现以后,人们一直在为提高超导临界温度 而努力,然而在数十年中进展却分爱慢重大的突破出现在1986年4,缪
高温超导材料特性测试 勒(K.A. Mu ller)和贝德罗兹(J.G. Bednorz)宣布,一种钡镧铜氧化物 的超导转变温度可能高于30,从此掀起世界范围内时间超导材料 T 1911 的超导热,在短短的两年时间里就把超导临界温度 提高到了110K,1993年3月现任北京大学物理学院 17.1 Nb3Sn 18.1 党委书记的郭建栋教授,在瑞士联邦高等工业大学 Nb3 Alo 7s Geo.25 20.5 NbaA 固体物理研究所首次制备成功了汞钡钙铜氧|00 1988 Bi2Sr2 Ca2 Cu3 O10 110 (HgBa2Ca2Cu20),其零电阻温度达到134K。这一最 Tl2Ba2Ca Cu3 O10 125 1993 Hg Ba2 Ca2 Cu3Os 高记录至今仍未被突破。 低温物理实验的特点:低温的获得和低温液体的使用、温度的测量及低温温度 计、液面计和材料的低温特性、电阻的四引线测量法、乱真电动势的判定和消 除等,都是低温物理实验的重要特点。 高温超导材料特性测试装置:该装置充分体现了低温物理实验的上述特点 图目 图4低温测试系统图5低温恒温器 图6电测量装置 低温测试系统结构图 测试曲线的实验结果 图8钇钡铜氧 超导样品超导传变曲线
偏振光实验 光的横波性:光的偏振现象揭示了光的 横波性。在光与物质相互作用时,主要 起作用的是横向振动着的电矢量。作为 特定波段的电磁波-光波是一种横波, 其振动方向与传播方向垂直 图1光的横波性 光的偏振态:振动方向对传播方向的不对 极大 称性构成光的偏振态。通常可按其偏振度 极小 分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆 偏振光和椭圆偏振光五种。 图2光的五种偏振态 偏振光的宏观描述:线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光均可用两列同频率,沿同一方向(Z 不NN 轴)传播,振动方向互相垂直且具有固定相位 差δ的线偏振光来加以描述。 E=A coS(ot-kz) 图3各种相位差对应的偏振态 E=A, coS(ot -kz+8) 右旋圆偏振光的物理图象:任意时刻电矢量沿 察,整个右手螺旋随时间顺时针旋转着问我们(D z轴逆时针旋转,形成一右手螺旋。迎着光观 而来。 图觉振光的物理图象 布儒斯特定律:若光从折射率为的介质射向折射率为的介质,当入射角等 于某一定值6(094时反射光成为其动方向垂直于入射面的续偏 振光,θ称为布儒斯特角或起偏角
偏振光实验 偏振片:利用某些晶体对不同方向的电磁振动具有选择光轴 光轴 吸收的性质,可以做成偏振片。电矢量能够较多通过的 , 方向称为透振方向。与透振方向垂直的方向为消光方 向。偏振片在实验中常用来作为起偏器和检偏器。 (b) 图5偏振片 晶体双折射:一束光在 偏振片 各向异性的晶体中被分 成偏振态不同的两束, e光 003 它们的折射程度不同, 光 称为双折射现象。符合 IESE PHYSICAL SOCIETY 普通折射定律的折射光 图6方解石晶体的双折射 线叫做寻常光(o光);违背普通折射定律的折射光线叫做非常光(e光)。晶 体中不发生双折射的传播方向称为晶体的光轴。 ,, 波晶片:波晶片表面与晶体的光轴平行。平行光正入射时,波片中的0光和e光 的传播方向不变,它们的传播速度u和U不同,即波片折射率n。=c/u和 nec/u不同。通过厚度为d的波晶片时会附加8=2m1入(nne)d的相位差 最常用的是λ/4波片和λ/2波片 偏振光实验装置及测量曲线 图7偏振光镜小光的偏现象Q