反射式全息照相设计实验.doc

反射式白光再现全息照相 摘要：本文阐述了全息照相的基本原理和实验方法：全息照相是以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，利用物光与参考光在底版上叠加而发生干涉，记录了干涉条纹的底版经显影、定影成为全息图。本次实验设计了反射式白光再现全息图的拍摄光路，并且经过多次实验探索出了该实验的曝光时间和相应的显影、定影时间，制作出清晰的全息图。关键词：全息照相；干涉；衍射；白光再现。1、 引言 激光间世以后，全息术得到迅速发展，尤其是全息图的白光再现，更是日臻完善，已经应用到诸多行业.全息图的白光再现是通过特殊的记录方法或利用某种特性来实现的.可白光再现的全息图的种类很多，但基本类型主要有三种，即象面信息、彩虹全息和反射信息.其它可白光再现的全息图，如合成全息、多层全息等是由多个彩虹全息或反射全息或象面全息以及这三种基本类型的全息图合成而致,本文将对反射式白光再现全息图的记录与再现机理进行简要的分析并经实验探索确定出该实验的曝光时间和相应的显影时间。二、实验原理21全息制作的基本原理全息照相是指一种记录被照物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型照相技术。普通照相是记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的位相信息，因而失去了立体感。全息照相采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被照物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息照相不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图片即使只剩下一小部分，依然可以重现全部景物。 全息照相过程分为两步：波前的干涉记录和波前的衍射再现。22反射式白光再现的基本原理白光反射再现全息图是利用厚层照相乳剂记录干涉条纹，并利用布喇格衍射效应再现物像的在这种记录过程中也是利用分离的相干光束进行叠加，物光和参考光分别从记录介质的两侧入射，两束光之间的夹角接近于180因而，在全息记录介质内可建立起驻波，这样形成的干涉条纹接近平行于记录介质的表面这些干涉条纹实际上是一些平面，即形成了三维分布的空间立体光栅用图二可以说明干涉条纹的形成参考光和物光以接近180的夹角入射到干版的乳胶层上为简便分析，假设参考光和物光均为平面波且与乳胶面的法线构成相同的倾角从图中可以看到，一系列相继等相位波前穿过乳胶层，两列波的波阵面相交的轨迹为一平面，在这个平面上均为干涉最大干版的乳胶层被曝光 后，经过显影和定影处理，就形成了一些高密度的银粒子层在所假定的条件下，这些银粒子层平分物光和参考光之间的夹角这些密度高的银粒子层对于入射光来说就相当于一些局部反射平面，称为布喇格平面(图中以虚线表示)根据图二可得如下关系式：2dsin(/2)= (1-2-1)式中，d为相邻两银粒子层之间的距离，为介质中的波长以上结果是在假定的特殊条件下得出的，而在一般情况下也可以得到类似的结果实际的物光不可能是平面波，因此，物光和参考光所形成的干涉层是很复杂的原物光的全部信息就被记录在这些复杂的银层上，当用任何一束平面波照射处理好的全息图时，通过这些布喇格平面的局部反射作用就可以再现出一束原始物波，即再现出物体的原始信息其原理可用图三说明由相邻两个布喇格平面所反射的光线之间的总光程差=2dsin (1-2-2)为了使再现物像获得最大亮度，两个相邻布喇格平面的反射光之间的光程差应等于一个波长令=，由(2)式可得sin= (1-2-3)这一关系式称为布喇格条件，称为布喇格角这也就是获得最佳再现像而应满足的条件分析式(1-2-1)和式(1-2-3)可以得到下面两个结论：(1) 反射全息图在再现时，对应于某一个角度，只有一种波长的光能获得最大亮度也就是只有再现光的波长和方向满足布喇格条件时才能再现物像所以，这种全息图可以从含有多种波长的复色光源中选择一种波长再现物像，从而实现了复色光再现(2) 用白光再现时，若从不同角度观察，再现像的颜色将有所变化，即不同的角度对应着不同的光波波长，随着角的增加，观察到的波长将从短波向长波方向变化三、实验步骤3.1拍摄反射全息图扩束镜激光器（1） 调整光路 按下图布置光路，调节光学元件的螺钉，使光束基本同高，调节扩束镜的位置，使扩束后的光束均匀照在底版上，调节物体，使反射光束能够完全照在底版上。物体干版快门扩束镜分束镜全反射镜物体乳胶扩束镜全反射镜全反射镜快门激光（2） 曝光 调节好光路后，打开曝光定时器，选择预定的曝光时间，选定15秒左右的曝光时间，让曝光定时器遮光，取下底板夹上的白板，装上底版（乳胶面面向物体），稳定一分钟后，打开曝光时间，进行曝光。待光开关自动关闭后，取下底板冲洗。（3） 冲洗底版 将取下的版底，首先放在水中打湿，然后放在显影液中进行显影，显影到底版上的明暗分界线清晰时即可，取出底版放在水中洗掉显影液。然后再放到定影液中进行定影，选定定影的时间为一分钟左右，显影完毕后，将地版放在水中冲洗、晾干。3.2 全息图的再现观察 （1）虚像观察 拍摄好的全息片。放在白光或太阳光下，按图观察，可观察到红色的虚像。实像白光虚像眼睛白光 （2）实像观察 拍好的全息片，放在白光或太阳光下，按图进行观察，可观察到红色的实像。3、 实验结果与分析3.1实验结果用简单的光路图拍出了较为清晰的像，用复杂光路图也拍出了较为清晰的像只不过，不如简单光路的像清晰。 3.2实验分析拍摄反射式全息照片时，首先，光路图一定要摆放恰到，一般，干版位置距离激光较远比较合适，在本实验中，可将干版放在全系台的尽量靠边的一侧；对于复杂光路图，一定要让从硬币反射回来的光完全覆盖在干版上。曝光时间的长短，对所成像的质量有很大的影响，显影和定影的时间长短也是影响实验成败的重要因素。经过多次的测试，发现曝光时间在15秒左右比较合适，显影的时候，只要底片上出现清晰的明暗相间的条纹即可,定影实践1分钟左右。4、 实验感想全息照相的拍摄受到各种因素的影响，想拍出一张好的底片真的不容易。自己动手拍全息照片，使我对