安禹贤全息实验设计.doc

贵州民族学院 激光原理及应用 课程论文（设计）全息照相实验设计学 院 贵州民族学院 专 业 光信息科学与技术 班 级 09光信息 姓 名 安禹贤 学 号 200907040002 指导教师 葛一凡 2011-12-15全息照相实验设计安禹贤摘要：全息照相是一种记录被摄物体反射或透射光波中全部信息如振幅、相位的照相技术，而物体反射或者透射的光线可以通过记录胶片完全重建，仿佛物体就在那里一样。通过不同的方位和角度观察照片，可以看到被拍摄的物体的不同的角度，因此记录得到的像可以使人产生立体视觉，基本原理就是以光波的干涉和衍射为基础，全息图记录了物光波的全部信息 ,再现时可看到一个逼真的三维图象 ,立体感强。 关键字：衍射 干涉 全息照相 设计目的（1） 理解全息照相的原理和特点；（2） 体验全息照相的拍摄步骤（3） 观察再现全息图；（4） 了解全息照相的发展过程及应用；设计仪器分束键;扩束键;反射键;被摄物;He-Ne激光器;曝光定时器;全息干版原理涉与衍射在一个或者多个波前叠加的时候会出现干涉现象。而在一个波前接触到一个物体的时候就会产生衍射。全息摄影重建的过程在下面完全是用干涉和折射进行了解释。这个解释有所简化，但是足以理解全息摄影过程的工作原理了。1干涉全息照相的记录照相是将物体上各点发出或反射的光记录在感光材料上。由光的波动理论知道，光波是电磁波。一列单色波可表示为：式中，A为振幅，为圆频率，为波长，为波源的初相值。一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加：因此，任何一定频率的光波都包含着振幅（A）和位相两大信息。光在传播过程中，借助于它们的频率、振幅和位相来区别物体的颜色（频率）、明暗（振幅平方）、形状和远近（位相）。、1.He-Ne激光器；2.分光束；3、8.反光键；4、7.扩束键；9定时曝光器图1 全息照相光路路拍摄全息照片的光路如图1所示，相干性极好的氦氖激光器发出激光束，经分束镜被分成两束光，透射的一束光经反射镜(3)和扩束镜射向被摄物体上。再经物体表面漫反射后到达全息干版上，这束光称为物光；反射的一束光经反射镜(8)和扩束镜直接均匀地射向全息干版上，这束光称为参考光。参考光和物光在全息干版上叠加便产生了干涉现象，在这种干涉场中的全息干版经曝光、显影和定影等处理，就将被摄物体的全部信息振幅和相位的分布状况以干涉条纹的形式全部记录下来。所得到的全息图显然是一组复杂而不规则的干涉图样。2衍射全息照相的再现由于全息干版上记录的并不是物体的几何图样，因而直接观察只能看到许多明暗不同的条纹、小环和斑点等干涉图样，要看到原来物体的像，必须使全息图再现原来物体发出的光波，这个过程就称全息图的再现过程，它所利用的是光栅衍射原理。图2 全息图的再现再现过程的观察光路如图2所示，一束从特定方向或与原来参考光方向相同的激光束(通常称为再现光)照射全息图，全息图上每一组干涉条纹相当于一个复杂的光栅，按光栅衍射原理，再现光将发生衍射，其+1级衍射光是发散光，与物体在原来位置时发出的光波完全一样，将形成一个虚像，与原物体完全相同，称为真像；-1级衍射光是会聚光，将形成一个共轭实像；称为膺像。当沿着衍射方向透过全息图朝原来被摄物的方位观察时，就可以看到那个逼真的三维立体图像(虚像)。特点 把感光材料所不能“感受”的相位分布 ,利用光的干涉现象 ,使之转化为底片能记录的光强分布。把来自物体的光波称为物光( A光) ,再引入一束与之相干的参考光(B 光) ,让参考光和物光同时照在底片上。在底片上的各点处 ,B 光相位都相同 ,而 A 光的相位不相同 ,从而 A 光与 B 光在各处的相位差也不同 ,经干涉后各处的条纹亮暗程度就不同。这样底片就可以在记录下物光振幅分布的同时 ,也记录下了其相位分布 ,即记录下了物光的全部信息 ,这就是全息照相的重要物理思想。本实验就是从实践上实现这一物理思想的。步骤(1) 实验前的准备 1 选择远离振源、振动较小的房间为实验室,以砖石水泥做一个实验台,并放上防振材料和全息台面。其后,用迈克尔逊干涉仪检查台面稳定性,以干涉图样稳定为合格。 2 全息照相包括拍摄全息图和再现物象两个过程。要成功地拍摄一张精细条纹的全息照片,要求有相干性较好的 H e- N e 激光器作光源,视拍摄物的大小以及拍摄爆光时间的长短来选择激光光源功率大小。 3 一般全息图的记录介质是采用感光乳胶,它通过受光乳胶的黑度来记录光强的强弱 , 故要采用性能良好的感光材料作记录介质,其分辨率 1000 条mm或1600条mm的银酸锂单晶感光材料作记录介质。 4 设备比较完善的冲洗像暗房。5 根据课程要求确定实验内容,除实验室的特殊要求外,一般基本实验内容是利用反射全息照相拍摄实物的全息图片和观察全息图的再现象。 (2) 拍摄全息图片 1. 选择合适的光路图。按全息图的结构和观察方式分类,可以分为透射全息图和反射全息图。透射全息图是指拍摄时物光与参考光从全息片的同一侧射来(如图1) ;而反射全息图是指在拍摄时物光与参考光分别从全息图两侧射来。当被照明再现时,对透射全息图,观察者与照明光源分别在全息图的两边;而对反射全息图,观察者与照明光源则在同一侧。因此在确定光路系统时,要根据被摄物是透明或不透明的具体情形,来选择透射全息图或反射全息图。 2. 布置光路系统。选择好光路图后,并按图布置光路系统。在安排光路时应考虑以下几点 : ：尽量减少物光和参考光的光程差。一般将光程控制在几个厘米以内或接近于零。 ：参考光和物光的光强比一般选取范围为 1:1010:1。为此需挑选反射率合适的分光板和衰减片为满足此要求。：投射于感光板上的参考光和物光的夹角 ,一般选取范围为 45-90：为减少光损失及干扰，选用的光学元件数越少越好。：需特别注意将光学元件(包括感光干板)装夹牢固。因为光路中光学元件之间任何一种微小的移动或振动,对产生干涉的影响很大,甚至破坏全息图,使拍摄失败。3. 首先牢固装夹各光学元件,然后,在底片夹上放上一块黑色板(代感光片),开启光源观察被摄物及黑色板是否被均匀照明 , 再调整物光和参考光和光程差和光强度,使其在要求范围里,最后消除杂散光的干扰。在达到所有的要求后,关闭其它灯,开启安全灯,拿下黑色板,放上感光片,感光片乳胶要面向物体。 4. 选择爆光时间。具体爆光时间由感光材料的性能、激光光源的功率、被摄物的大小和系统的反射性能决定。 5. 进行爆光。选择无外界其它干扰和要求室内人员暂时静止不动的时候进行正常爆光。6. 爆光后进行显影、定影等化学处理。 处理过程和普通感光片的处理基本相同。 其后进行漂清、漂白、晒,即得全息图片。（3）全息图片的再现象 得到全息图片后,利用全息图片可重新获得原始现象,原始物象包括实象和虚象如（图3）。图3(a) 相片再现图 3(b):相片再现1. 判别所给全息照片的乳胶面（即感光药膜面),仔细观察其上所记录的干涉图样, 或利用10 10倍以上的显微镜,观察已漂白的全息照片全息图的显微形式。注意在全息感光板的不同部位上这些干涉条纹的格调(条纹分布、黑度和疏密)。2. 观察再现的虚象。如图3(a)所示的光路,将全息照片放到光束截面被放大的激光束中,或放到原参考光下,注意感光膜面应向着再现光束,再现光束的位置和方向最好与拍摄时一致。因为存在视差现象,观察者可不断改变他的观察方位和距离,找到最佳观察位置。3. 观察再现实象。如图3(b)所示的光路,用未扩束的激光直射到全息照片的玻璃片基面(反面)上,选取适当的夹角,再用毛玻璃漫射观察屏来接收再现实象。注意:再现入射光束的入射点不同时,再现实象的视差效应也不同。只有象质最佳的位置才是实象位置。4. 反射全息图也可以用白光再现,当用白光照明再现时,全息图沿着光线方向的反射就可观察到再现的单色像。5. 观察到的全息再现象效果最佳时,可和原物大小一样,是细节精美、形态逼真的三维像,整个画面层次清楚,可做到超景深,是普通照相术不可比拟的发展过程及应用1947年，英国匈牙利裔物理学家丹尼斯盖伯发明了全息摄影术，他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。其它的一些科学家在此之前也曾做过一些研究工作，解决了一些技术上的的问题。全息摄影的发明是盖伯在英国BTH公司研究增强电子显微镜性能手段时的偶然发现，而这项技术由该公司在1947年12月申请了专利（专利号GB685286）。这项技术从发明开始就一直应用于电子显微技术中，在这个领域中被称为电子全息摄影技术，但是全息摄影技术一直到1960年激光的发明才取得了实质性的进展促使全息摄影在短短的一段时间内就蓬勃发展的关键原因是低成本的固体激光器的大规模生产，如DVD播放机和其他的一些常用设备中所使用的激光器。这些激光器对全息摄影的发展也产生了极大的促进作用。这些廉价的体积又很小的固体激光器可以在某些条件下与最初用于全息摄影的那些大型的昂贵的气体激光器相媲美，因此使得预算较低的研究者、艺术家甚至业余爱好者都可以参与到全息摄影的研究中来。 小结 作为计算机信息工程学院的一员，当然是对科学和技术方面也有所心兴趣的，既然在科学和技术方面有那么好的影响力，我们应该重视，本实验科目为激光原理及应用，激光是20世纪人类的最大科技发明之一，它对人类的社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不但广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用。现在有很多同学都用上了手机，有钱的当然用的手机比较好点了，现在流行的有洛基亚，LG,等等。手机中最惹人光住的就是那像素了，手机的一个拍照技术参数指标，像素好的手机让大家爱不释手，随处可以留下大家的脚印，而且很多厂家把相机的像素拿为招牌了，几个朋友在一起，你的相机很差都不能拿出来留念什么啊。照的相片人都看不清楚还说什么呢是吧。谈 当今,全息技术有了飞跃发展,特别是全息和狭缝技术相结合的产物彩虹全息图以及全息和印制技术相结合的产物模压全息图,更具有特色,开创了全息新工艺技术。全息照相的其它应用,如全息显示、全息干涉计量、全息光学元件、全息信息存贮等都已发展到具有广泛前景的实用阶段。特别是商标全息加密技术的应用