全息照相实验

广州大学学生实验报告院（系）名称班别姓名专业名称学号1实验课程名称实验项目名称实验时间实验地点实验成绩指导老师签名内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得【实验目的】全息技术是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定的反映物体信息的物光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成原物体逼真的三维像由于记录了物体各点发出的光的全部信息（振幅和相位），因此称为全息技术。本实验的目的，是要了解全息照相的基本原理和实验方法，学习摄制全息图和再现物体像。【实验使用仪器与材料】单模激光、扩束器、防震的光学平台快门、反射镜、扩束镜、全息干板架各若干，曝光控制器、照度计以及全息干板、显影定影药水和器皿等实验条件要求(l）选用相干性好的光源（实验室中使用激光）基于干涉原理的全息照相，要求物光波和参考光波应该是相干光波激光是相干光，利用分束镜将激光分为两束，一束经扩束后照射到物体上，经物体反射的光波为物光波，另一束即可作为参考光波一方面应考虑到物光波必须有足够的光强另一方面应考虑光的偏振性，最好使物光波和参考光波的电矢量的振动方向都垂直于水平面，这样物光波和参考光波的夹角即使很大仍能极好地相干如二者的振动面水平，但二者夹角较大时，则因它们的电矢量不在同一直线上而不能很好地相干另外得注意激光的空间相干性，一般各横模之间的光是不相干的，所以应使用单模激光，并调整光路，使物光波和参考光波应在宏观零光程差附近当使用小型激光器作光源时，因其功率较小，曝光时间就较长，更要注意光路系统的稳定性(2）确保光路系统的机械稳定性全息照相记录的是物光波和参考光波的干涉条纹若干涉条纹间距为d，在感光期间由于其他原因造成条纹移动了d/2，干涉条纹就消失而不能被记录因此，光路中每一光学元件及记录全息干板都必须稳固在同一防震光学平台上(3）选用分辨率适当的全息干板，全息干板的分辨率应高于全息图的最大空间频率全息图干涉条纹的空间频率与物光波和参考光波的夹角有关若二者的夹角为20，对应的干涉条纹的空间频率为（2.3.13）式中为光的波长因此二光束的最大夹角要适当国产全息干板的分辨率一般约为3000条mm .此外，物光和参考光的光强度比应适当，一般应在1：2-1：4，使用的光学元件应尽可能的少，以减少杂散光和缩短感光时间2设备器具应在暗房实验，主要设备是防震的光学平台另外得具备有激光器、快门、分束镜、反射镜、扩束镜、全息干板架各若干，曝光控制器、照度计以及全息干板、显影定影药水和器皿等全息照相是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。全息照相过程：一.把物体光波的全部信息记录在感光材料上（记录过程）。二.照明已被记录下来的全部信息的感光材料，使其再现原始物体的光波（再现过程）。实验光路图【实验步骤】注意千万不能让激光束直接照射眼睛！若选用了功率较大的激光器作光源，还得防止较强的反射光进人眼睛，否则，会导致对眼睛的损伤，严重的会失明；另一方面，要防止全息干板误感光(1）检查光学防震平台的稳定性用光学元件在平台上摆成迈克耳孙干涉仪，用扩束镜将二光束投射到白墙上，观察干涉条纹随外来震动引起的颤动对干涉条纹清晰度的影响情况(2）按选定的光路布置、调整好各光学元件，并尽量做到使物光和参考光之间接近零光程差调整光路时全息干板先用白屏代替，以免全息干板误感光(3）测量光强比和总光强用照度计分别测出物光波和参考光波在白屏处的光强，调整好光强比后测出总光强，确定出感光时间，此项内容也可以凭估计完成(4）拍摄和暗室处理先用快门关闭光路，用全息干板换下白屏，且注意乳胶面朝向物体，静待片刻消失后，按曝光时间的要求打开光路对全息干板感光（在拍摄二次曝光全息图时，应使物体微小形变后再感光一次）取下全息干板并保护好，进人暗室进行显影、定影、水洗、吹干等处理(5）再现光路不变，把全息图原样装回干板架，遮住物光波，用原参考光作再现光波，寻找观察再现像若参考光较弱也可直接使用激光的输出光调成再现光进行再现白光再现的全息图，可用白炽灯光或自然光作再现光波进行再现(6）测量若制作的为二次曝光全息图，可根据式（3.3.12）计算出物体有关部位的相对位移若实验是检查工件，比较有损、无损工件再现像表面上的干涉条纹，确定哪些是有损工件(7）设计一个实验，制作一块全息光栅，并通过显微镜实测做成的光栅的刻纹密度N ,与设计的空间频率u（由3.3 .13式确定）进行比较。【实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）】【实验结果与分析】1.该全息图片能较好地记录物体发射的特定的反映物体信息的物光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其再现形成逼真的三维图像；2.扩束镜，反射镜等光学仪器调试不当有俯仰角度问题的出现导致光路不平行引起光程差较大，导致图像不太明显；3.物光与参考光的夹角略大于三十度，导致分辨率降低【实验心得】1.通过这次实验，观察到全息照相的制作过程，也了解到其中的原理，学习到制作全息图像记录物体发射的特定的反映物体信息的物光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其再现形成逼真的三维图像。2. 问题所在：1.物光过于弱；2.物光和参考光最强点聚焦于全息干板上；3.光程差调节不合理；4.物光与参考光的夹角比较难调节；5.物体与干板的距离不合适；反思：实验中最根本的问题就是一开始的光路设计不够好，且在调节时还一边在改光路，导致效率太低而且上述的问题同时出现，因此下次实验我们将会着眼于光路的设计，然后先大致的调节好位置再细调节。谨记在光路调节好后再放扩束镜；实验思考讨论：1.如何理解一般全息图每点上均记录了物体各点的完全信息？答：首先，人眼能在空间分辨出物体，是因为人眼接收到物体反射的光线，光线里面包含有亮度（即振幅）和位相信息，因此我们能看清这个物体并知道它的空间位置。我们看照片是平面的，并不能知道照片里面的景物之前相互的空间位置，因为照片只记录了物体的亮度信息。而全息图是通过光束干涉最终形成的图像。全息图上每个点在景物空间都会有一个点相对应，它记录的是该点的亮度和位相的全部信息。因此跟我们实际看到的景物是一样的。2.拍摄全息图时，光路布置要注意些什么？答：（1）调整光学原件支架，使光路中各光学元件的光学中心共轴；（2）沿光路前后移动扩束镜的位置