Первое упражнение — сборка 4f-схемы (Рисунок а) со светодиодной подсветкой. Система использует освещение Кёлера для равномерной подсветки с регулируемой интенсивностью и размером пятна. Упрощённая конструкция позволяет наглядно изучить принципы работы микроскопа и 4f-системы.

После сборки системы, освещённая пластина с паттернами (Рисунок б) помещается в плоскость объектива, а изображение проецируется на камеру. Светоделитель между плоскостью Фурье и тубуcной линзой выводит паттерн на экран.

Большинство упражнений в руководстве показывают студентам, как использовать Фурье-оптику для изменения итогового изображения, проецируемого на камеру. Различные маски, щели и диафрагмы размещаются в оптическом пути на плоскости Фурье перед светоделителем, что позволяет наблюдать изменения паттерна на экране. Камера одновременно отображает соответствующие изменения в финальном изображении. Таким образом, студенты учатся определять, какие участки преобразования Фурье несут информацию о конкретных элементах изображения.

Специальная мишень из хромированного стекла, входящая в комплект, содержит четырнадцать различных паттернов, удобных для Фурье-фильтрации:

· Четыре перекрестные решётки с разным периодом;
· Треугольную решётку;
· Звёздную решётку;
· Серию домиков, составленных из линий под разными углами;
· Наложенные друг на друга буквы;
· Смайлик за решёткой.

В комплект также входит маска из хромированного стекла (Рисунок а), специально разработанная для фильтрации паттернов в плоскости Фурье. Она включает:

· Набор точек разного размера для блокировки главного максимума преобразования Фурье;
· Точные полосы для подавления каждого второго максимума в линейном паттерне;
· Звёздный паттерн, блокирующий каждый второй максимум в преобразовании Фурье треугольной решётки.

Диапазон оптических экспериментов варьируется от простой фильтрации перекрестной решётки для создания диагональных линий (Рисунок б) до отделения смайлика от решётки (Рисунок в). Студенты также изучают другие оптические принципы, например: Принцип Бабине, согласно которому дифракционные картины комплементарных структур (за исключением нулевого порядка) идентичны. Используя точечную маску, студенты могут заблокировать нулевой порядок дифракционной картины решётки из комплементарных зелёных и чёрных треугольников (Рисунок г).При блокировке нулевого порядка информация о разнице между треугольниками теряется, и на итоговом изображении остаются только зелёные треугольники. Студенты также в ходе выполнения упражнений изучают такие эффекты, как: мягкий фокус (удаление высоких дифракционных порядков) и выделение краёв (подавление низких порядков).В комплект входят специальные дифракционные оптические элементы, проецирующие изображения непосредственно в плоскость Фурье, а не в плоскость изображения. Кроме того, одно из упражнений наглядно объясняет, почему разрешение микроскопа ограничено дифракцией.

Большинство оптических компонентов в этой системе требуют точного позиционирования вдоль одной оси. Для таких случаев мы разработали оптический рельс и оптические каретки, которые ограничивают степени свободы и упрощают процесс настройки (Рисунок выше).

Преимущества:

• Фиксация всех элементов на одной горизонтальной линии исключает необходимость точного бокового выравнивания, что особенно полезно для студентов с малым опытом работы в оптической лаборатории.
• Система на оптическом рельсе сокращает время юстировки.

Ограничение:
Лабораторный стенд EDU-FOP2(/M) с оптической плитой позволяет студентам освоить юстировку сложных оптических систем, что более соответствует реальным лабораторным условиям.

Использование лазера вместо светодиода в системе Фурье-оптики имеет как преимущества, так и недостатки (Рисунок а).

Преимущества:
1) Высокая интенсивность (лазер обеспечивает значительно более яркую дифракционную картину в плоскости Фурье, облегчая наблюдение).
2) Компактность и простота:
2а) Лазерная конфигурация требует меньше компонентов, что упрощает сборку и настройку. Это идеально для студентов с ограниченным временем или опытом.
2б) Лазерный диодный модуль имеет достаточный диаметр пучка для освещения мишени без дополнительных расширяющих оптических элементов.

Недостатки:
1) Утрата аналогии с микроскопом (отсутствие коллекторных и полевых линз, а также апертурных диафрагм делает невозможным демонстрацию освещения Кёлера и работы с апертурой).
2) Артефакты изображения (неоднородность интенсивности лазерного пучка приводит к появлению артефактов на изображениях мишеней. Например, диодный лазерный модуль, входящий в комплект, создаёт кольцеобразную структуру в левой половине паттерна (см. Рисунок б). Артефакты варьируются в зависимости от конкретного лазерного модуля.
3) Невозможность изучения когерентности (эксперименты, связанные с ролью когерентности, не могут быть выполнены).