1 引言
牛頓環實驗儀(yi) 利用牛頓環測量透鏡的曲率半徑,研究光學中的等厚幹涉現象,是大學物理實驗中的基本實驗儀(yi) 器。
1.1 原有的牛頓環實驗儀(yi)
1.2 攝像頭的引入和數字圖像處理方式的采用
1.3 問題
2 基於(yu) 分數傅裏葉變換的新型牛頓環實驗儀(yi) 設計
3 新型牛頓環實驗儀(yi) 的特點
4 結語
當前的牛頓環實驗儀(yi) 采用的都是基於(yu) 數環法的思想,通過手動或者數字圖像處理軟件來進行各環定級和直徑/半徑測量,從(cong) 而計算透鏡曲率半徑。但本文所提出的基於(yu) 分數傅裏葉變換的牛頓環實驗儀(yi) 不僅(jin) 可以完成常規的數環法測量,還可另辟蹊徑,對牛頓環條紋進行分數傅裏葉變換,使其匯聚成一個(ge) 尖峰,測得曲率半徑,在精度和實用性上優(you) 於(yu) 常規方法。這個(ge) 新的實驗思路基於(yu) 牛頓環成像信號是一種Chirp信號,在國內(nei) 外均屬首創,可以作為(wei) 數環法實驗的有力補充,擴展原有的教學思路,激發學生對牛頓環等厚幹涉物理現象的深入思考,培養(yang) 學生的創新精神。通過實驗,學生還能夠了解到分數傅裏葉變換可以用來解釋衍射和牛頓環幹涉現象,拓寬學生的視野。
參考文獻
[1] 侯淼春,王鳳鵬,陳瑩,等.基於(yu) 無鏡頭數碼相機的牛頓環實驗[J].大學物理實驗,2020(5):1-4.
[2] 井晨睿,廖臘梅,亓協興(xing) ,等.Matlab在牛頓環實驗數據處理中的應用[J].教育教學論壇,2020(41):391-392.
[3] 劉美玲,王銳.基於(yu) Origin和Excel的牛頓環實驗數據處理[J].河北農(nong) 機,2019(12):31.
[4] 馬天成,李全彬.基於(yu) Python的牛頓環實驗數據擬合及分析方法[J].大學物理實驗,2019(3):112-115.
[5] 蔣誌年.基於(yu) 非線性偏微分方程的灰度圖像骨架線提取方法[J].應用光學,2012(6):1073-1076.
[6] 王晴,杜春正,藍婕婕,等.應用MATLAB與(yu) CCD測量牛頓環曲率半徑[J].曲阜師範大學學報(自然科學版),2019(4):71-73.
[7] 鄧敏,趙丹,諶建飛,等.等厚幹涉實驗中牛頓環暗紋直徑自動測量方法[J].實驗技術與(yu) 管理,2018(8):64-68.
[8] 樓越煥,何平安,謝海寧,等.基於(yu) Hough變換算法的激光牛頓環中心提取方法[J].光電子技術,2004(3):189-191.
[9] 蔣理興(xing) ,彭羽翔,謝會(hui) 驊,等.基於(yu) 空間激光牛頓環的導軌檢測係統[J].測繪學院學報,2005(3):172-174.
[10] 王刃,張本昀,朱新慧.視頻激光幹涉牛頓環中心的實時提取技術[J].武漢大學學報(信息科學版),2006(11):1031-1033.
[11] 陳秀鵬,趙曉紅.多元線性回歸用於(yu) 牛頓環CCD成像法測量[C].第四屆全國高等學校物理實驗教學研討會(hui) ,2006.
[12] 朱竹青.牛頓環實驗數據的采集與(yu) 處理[J].物理實驗,2002(7):10-13.
[13] 潘振邦,王明,譚鑫,等.光的等厚幹涉圖像數據處理係統[J].大學物理實驗,2019(5):84-87.
[14] 張建兵,仝虎.基於(yu) 牛頓環-曲率半徑計算的CCD數字圖像測量軟件設計及應用[A]//教育部高等學校物理學與(yu) 天文學教學指導委員會(hui) 、中國高校實驗物理教學研究會(hui) .第六屆全國高等學校物理實驗教學研討會(hui) 論文集(上冊(ce) )[C]//教育部高等學校物理學與(yu) 天文學教學指導委員會(hui) ,中國高校實驗物理教學研究會(hui) ,西安交通大學物理教學實驗中心,2010:7.
[15] RAJSHEKHAR G, RASTOGI P. Fringe analysis: Premise and perspectives[J]. Optics & Lasers in Engineering, 2012, 50(8):iii-x.
[16] NASCOV V, DOBROIU A, APOSTOL D, et al. Automatic digital processing of Newton's rings fringe patterns[P].ROMOPTO International Conference on Micro- to Nano- Photonics, 2001.
[17] Alexandrescu, Adrian. Centering and profiling algorithm for processing Newton's rings fringe patterns[J]. Optical Engineering, 2000, 39(12): 3201-3206.
[18] Nascov, Victor. Statistical processing of Newton's rings using discrete Fourier analysis[J]. Optical Engineering, 2007, 46(2): 487-502.
[19] LU M F, NI G Q, BAI T Z, et al. Method for suppressing the quantization error of Newton's rings fringe pattern.[J]. Optical Engineering, 2013, 52(10): 1-11.
[20] LU M F, ZHANG F, TAO R, et al. Parameter estimation of optical fringes with quadratic phase using the fractional Fourier transform[J], Optics and Lasers in Engineering, 2015, 74: 1-16.
[21] OZAKTAS H M, Kutay-Alper M, ZALEVSKY Z. The fractional fourier transform withapplications in optics and signal processing[M]. Chichester: Wiley, 2001.
[22] GUO Z , LU M F , WU J M , et al. Fast FRFT-based method for estimating physical parameters from Newton's rings[J]. Applied Optics, 2019, 58(14):3926.
魯溟峰1 武進敏2 楊文明3 張峰1 陶然1 1.北京理工大學 2.北京信息科技大學 3.上海交通大學 |