1 引言
牛顿环实验仪利用牛顿环测量透镜的曲率半径,研究光学中的等厚干涉现象,是大学物理实验中的基本实验仪器。
1.1 原有的牛顿环实验仪
1.2 摄像头的引入和数字图像处理方式的采用
1.3 问题
2 基于分数傅里叶变换的新型牛顿环实验仪设计
3 新型牛顿环实验仪的特点
4 结语
当前的牛顿环实验仪采用的都是基于数环法的思想,通过手动或者数字图像处理软件来进行各环定级和直径/半径测量,从而计算透镜曲率半径。但本文所提出的基于分数傅里叶变换的牛顿环实验仪不仅可以完成常规的数环法测量,还可另辟蹊径,对牛顿环条纹进行分数傅里叶变换,使其汇聚成一个尖峰,测得曲率半径,在精度和实用性上优于常规方法。这个新的实验思路基于牛顿环成像信号是一种Chirp信号,在国内外均属首创,可以作为数环法实验的有力补充,扩展原有的教学思路,激发学生对牛顿环等厚干涉物理现象的深入思考,培养学生的创新精神。通过实验,学生还能够了解到分数傅里叶变换可以用来解释衍射和牛顿环干涉现象,拓宽学生的视野。
参考文献
[1] 侯淼春,王凤鹏,陈莹,等.基于无镜头数码相机的牛顿环实验[J].大学物理实验,2020(5):1-4.
[2] 井晨睿,廖腊梅,亓协兴,等.Matlab在牛顿环实验数据处理中的应用[J].教育教学论坛,2020(41):391-392.
[3] 刘美玲,王锐.基于Origin和Excel的牛顿环实验数据处理[J].河北农机,2019(12):31.
[4] 马天成,李全彬.基于Python的牛顿环实验数据拟合及分析方法[J].大学物理实验,2019(3):112-115.
[5] 蒋志年.基于非线性偏微分方程的灰度图像骨架线提取方法[J].应用光学,2012(6):1073-1076.
[6] 王晴,杜春正,蓝婕婕,等.应用MATLAB与CCD测量牛顿环曲率半径[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2019(4):71-73.
[7] 邓敏,赵丹,谌建飞,等.等厚干涉实验中牛顿环暗纹直径自动测量方法[J].实验技术与管理,2018(8):64-68.
[8] 楼越焕,何平安,谢海宁,等.基于Hough变换算法的激光牛顿环中心提取方法[J].光电子技术,2004(3):189-191.
[9] 蒋理兴,彭羽翔,谢会骅,等.基于空间激光牛顿环的导轨检测系统[J].测绘学院学报,2005(3):172-174.
[10] 王刃,张本昀,朱新慧.视频激光干涉牛顿环中心的实时提取技术[J].武汉大学学报(信息科学版),2006(11):1031-1033.
[11] 陈秀鹏,赵晓红.多元线性回归用于牛顿环CCD成像法测量[C].第四届全国高等学校物理实验教学研讨会,2006.
[12] 朱竹青.牛顿环实验数据的采集与处理[J].物理实验,2002(7):10-13.
[13] 潘振邦,王明,谭鑫,等.光的等厚干涉图像数据处理系统[J].大学物理实验,2019(5):84-87.
[14] 张建兵,仝虎.基于牛顿环-曲率半径计算的CCD数字图像测量软件设计及应用[A]//教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会、中国高校实验物理教学研究会.第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(上册)[C]//教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会,中国高校实验物理教学研究会,西安交通大学物理教学实验中心,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.
鲁溟峰1 武进敏2 杨文明3 张峰1 陶然1 1.北京理工大学 2.北京信息科技大学 3.上海交通大学 |