全息照相最佳条件的研究.doc

全息照相最佳条件的研究本文档由【中文word文档库】提供，转载分发敬请保留本信息；中文word文档库免费提供海量范文、教育、学习、政策、报告和经济类word文档。word文档周一锋南京理工大学紫金学院 060105235摘 要：在现有实验设备条件下，本文通过研究物光和参考光夹角 的范围以及曝光时间长短的控制来寻找全息照相最佳拍摄效果。关键词：物光 参考光 曝光A Research on the Optimum Condition of HolographyLEI Ming WU Chongge (Dept. Phy., Baoji Coll. Arts & Sci. , Baoji 721007)Abstract: Under the available experimental equipment, this paper is to seek the optimum condition of holograph through the research. On the reflect light of object and the scope of the angle of reference shine and the control on the time of exposure.Key words: reflect light of object Reference shine exposure 1 引言：1960年激光的出现为英国科学家伽柏（Gabor）提出的全息照相提供了高度相干强光源，全息研究工作迅速发展，新方法不断出现。目前实验教学中对物光与参考光的夹角 的要求是尽量小一些，以保证成像清晰，同时对曝光时间也没有一个大致范围要求。关于 角的具体范围及曝光时间的掌握是全息照相中一个很重要的因素，它对成像的好坏有决定性的影响。为此，在原有物理实验条件下和理论依据的水平上，通过大量实验进一步分析夹角 和曝光时间对成像清晰度的影响，从而选择较好的范围。2全息照相的原理：激光全息照相是用两束激光相干涉后产生的干涉条纹来记录物体的全部信息。当使用参考光束照明干涉条纹时，我们将看到原物逼真的三维图像，所以它是以光的干涉、衍射为基础的，分两步成像。第一步，记录物光和参考光的干涉图形；第二步，用一定的参考光照射全息图，通过全息图对参考光的衍射再现原物体光波。为了实现全息记录，实验装置配备情况如下：A使用相干涉的强光源（氦氖激光器）B保证照相系统稳定，整个装置严格防震。（钢板防震平台，磁力座）C记录用的底片的分辨率要高。（天津感光胶片厂全息I型底片，分辨率3000条/mm，可记录条纹间距很小的干涉条纹）。3实验内容31光路系统在理论上光路系统应满足以下条件：A物光束和参考光束的光程大致相同。B选择较好的角度范围，保证成像清晰。即物光与参考光在底片处的夹角 尽量小一些。C物体距全息底片的距离一般在20cm之内。D物光束强于参考光束，在底片处强度比约3：1或5：1。为了保证物光与参考光发生干涉，布置光路时应使参考光与物光光程比较接近（光程差不超过10cm）。根据估算，当物光与参考光夹角 时，干涉条纹间距10-3mm，如果上述两光束夹角更大则条纹间距更小，每毫米将有上千条干涉条纹。我们所用的全息底板分辨率3000条/mm，可以满足记录要求。物光是经过被拍摄物体的反射达到底板位置的，为了使成像清晰明亮，物体距全息底片的距离一般在20cm之内。由于条件B和C的限制，通过多次光路的设计可以看出，物体距全息底片的距离L在15cm左右时出现的机率较多。近一步实验，L在15cm左右时既好摆放，成像效果也较好。32光路的布置与夹角 的测量方法考虑到上文的几个因素，设计一个光路时既要考虑光程又要考虑夹角 和距离L，常常会顾此失彼，很费功夫。在实验中建议采用以下一些方法使光路的布置更加快捷合理。实验光路如图a所示：（1）先目测各磁力座摆放的大概位置，用弹性系数很小的细线粗测光程使其相差不大。（2）以参考光所在光路的反射镜A与物体、底板为顶点作三角形。使L保持合适距离，用细线圈出三角形找出 角，并沿 角方向将线两端反向延长拉直使直线与磁力座底圆相切。用量角器可测出 角的对顶角 的度数。（3）使 角增大或减小时，尽量使各顶点位置不要有太大的移动。 （4）三角形确定好后，细测 角，物体距离底片距离L和参考光程，并记录。（5）通过改变物光反射镜B的前后位置，就可实现物光与参考光光程近似相等，最后通过平面镜反射物光使两光心等高。接下来的工作是在室内光线较暗的条件下，加扩束镜使光照均匀以及物光和参考光对比强度的调节。在调节过程中要使底板处的光线均匀，条纹规则，参考光尽量暗一些，保持物光与参考光强度比5：1或3：1。必要时可加分光镜使光强减弱。要使被摄物体的观测面明亮、立体感强、凹凸面丰富，最后根据底板处的光强度与当时的气温决定曝光时间。4实验观测记录 41在同一角度 下使用不同曝光时间拍摄第一组：底片序号（n） 角度 曝光时间 温度 物到底片距离（L）4 45 30s 16 155cm5 45 50s 16 155cm10（有振动） 45 50s 21 14cm11 45 30s 21 15cm第二组：6 60 50s 16 14cm7 60 30s 16 14cm42改变 角度使用同一曝光时间观测：1 35 30s 20 135cm2 33 30s 20 12cm3 20 30s 16 15cm4 45 30s 16 155cm7 60 30s 16 14cm8 70 30s 20 135cm9 32 30s 20 15cm12 40 30s 21 145cm5分析记录及结论51在 相同条件下，选择合适的曝光时间。（1）从4.1记录中可看到当室温相对20较低时，曝光时间若 ，则显影时间相对较长。（显影的要求，在20时一般不超过3分钟）。根据实际可适当延长曝光时间。例如底片第4号、5号、6号、7号，温度在16时，曝光时间长一些的效果相对较好。（2）若室温相对20较高时，显影时间较短，不易控制，可适当缩少曝光时间或减小显影液浓度。如底片第10号，第11号均显影较暗，10号由于曝光时间长，在其曝光过程中发生振动（人的走动）。（3）在以上实验操作中我们认为室温在20左右时，曝光时间以30s比较符合实验操作进程。52在曝光时间相同时，改变 角度，找出最佳范围。号码为1、2、3、4、7、8、9、12的底片中，曝光时间均为30s，角度从20到70。观测实验效果较清晰的几个为4号，9号，3号。 从整体来看， 角度在30至45的底片较好一些。理论上 角尽量小一些好，为的是减小干涉条纹的密度，便于记录。而所用感光底片分辨率3000条/mm，已满足实验要求， 角度可适当加大。在实验中发现， 角小到30以下时，由实验的其它因素就会对实验造成明显影响。比如：物体、反射镜、底片是有体积的，要把它们摆成 的小角度范围，而且互不影响，非常困难。这里的影响指由于角度很小，物与底片距离又不能太近，激光束通过扩束镜后可以照射到一定范围内的物体。此时物光不仅可以照射在物体上，而且同时可以从侧面直接照射底片的一部分，这样会影响光强的对比以及干涉现象。综上所述我们认为最佳角度范围应为30到45，这是与理论上所不同的。6结束语：全息照相在实验中除了许多必备的条件外，有效地消除外界因素和人为因素对实验的影响也显得非常重要。例如：振动、声音、曝光时间、显影定影的控制。这种三维照相术被广泛的应用在人们的生活中。目前实验教学中存在的问题是照片的清晰度只能对比分析，没有定量标准，有待以后研究。参考文献：1华中师范大学物理系近代物理实验.华中师范大学出版社.(1988