一步彩虹全息实验研究

光学设计实验一步彩虹全息学生姓名：指导教师：所在学院：物理学院所学专业：物理学中国·长春2014年06月一步彩虹全息摘要彩虹全息是用激光记录全息图，再用白光再现彩色像的一种全息技术。彩虹全息的关键是在成像光路中加入一个狭缝，这样在干板上也会留下狭缝的像，本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系，一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项。关键词：一步彩虹全息；狭缝；白光再现AbstractRainbowholographicrecordingofahologramwithalaserandthenthewhitecolorreproducingaholographicimage,thekeyistojoinarainbowhologramslitimagelightpath,sothattheboardwillbeleftdry,likeslitpaperresearchasteprainbowhologramrecordingandreproducingscenesofthebasicprinciples,steprainbowhologramsandordinaryhologramdifferencesandconnections,theexperimentalopticalpathdiagramsteprainbowhologram,discussesthetechnicalrequirementsofshootingsteprainbowhologramsandprecautions.Keywords:steprainbowholography;slit;whitereproduction1实验目的了解白光再现全息照相的基本原理，学习拍摄一步彩虹全息图和观察再现图像的方法了解一步彩虹全息图与普通全息图有何区别和联系掌握一步彩虹全息图制作方法了解像面全息实验方法2实验仪器激光器扩束镜两个分束镜成像透镜反射镜两个防震全息台干板架辅助棒线绳或米尺狭缝光学元件架若干干板备件盒洗像设备3实验原理像面全息图的拍摄用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现，再现像点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是颜色看起来有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色也不同。彩虹全息的本质是要在观察者和物体的再现像之间形成一个狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种，一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。本实验所用到的是真像记录光路，所以只介绍一下真像记录光路的原理。真像记录原理如图1所示，狭缝与物体O均放在透镜L的焦距以外，狭缝位于物体和透镜之间。成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。图1图2为彩虹全息真像记录的光路图.图2拍摄出的彩虹全息图如用记录时的单色光再现，可以通过再现出的狭缝实像观察到所记录物体的明亮虚像（如图3），用白光再现，则形成七色图像。图34实验内容及操作步骤4.1设计光路如图2所示4.2布置和调整全息光路（1）调整光束与工作台面平行（2）调所有光学元件处于等高同轴位置处，使用辅助棒将所有元件调至等高且使各光学元件的表面与激光束的主光轴垂直，即同轴（3）按设计的光路图摆设光路=1\*GB3①调整物光路和参考光光路，先不放狭缝和两个扩束镜。构建好光路的整体框架。对于物光光路加入成像透镜L以后，在L的后方用白纸寻找物体的实像。调整好后在实像的后面一定位置放置干板架。同时使参考光可以直接照射在玻璃片上。=2\*GB3②分别在物光路和参考光路中放入扩束镜。=3\*GB3③加入狭缝S，狭缝的宽度约1.5mm左右，通过狭缝的像观察物体的实像是否完整，若狭缝的像左右不全，可适当加大狭缝宽度或更换较小的物体=4\*GB3④调整M2的位置，使参考光光程和物光光程相等，且参考光与物光的夹角大约在30度到45度之间。=5\*GB3⑤参考光与物光的光强比在4:1~8:1间选择4.3曝光曝光时间为10秒4.4冲洗先在显影液中显影至底片上黑白十分清晰后，放入清水中清洗，再在定影液中定影约五分钟，然后取片清洗。4.5再现用白光源再现彩虹全息像5实验结果实验台的摆放情况如下图：实验最后在灯光下看到的结果如下：注意事项1、一定要使用辅助棒将各光学元件调到等高同轴位置处；2、摆光路图时,光线要在同一高度,否则所测量的光程有误差;物光光程与参考光要近似相等,最多不多于25cm；3、参考光与物光的夹角大约在30度到45度之间；4、物像和底片的距离要大概是是两倍焦距，物体呈的像正好打在底片上，形成等大倒立的实像，如果不能得到清晰的像就需要调整成像透镜的位置，使像是放大的；5、由于狭缝的作用,物光明显减弱,需很好地调整物光与参考光的光强比。物光不能太弱,否则干涉条纹的对比度会下降；需要在干板上形成清晰的像，并且不能被参考光完全遮挡；6、曝光时,严禁有任何振动,否则会引起干涉条纹偏移,若干涉条纹偏移条纹间距的一半时,将记录不到干涉条纹；7、在没有扩束镜的作用时需要使参考光打在干板正中间，物光形成的钉子的像也需要清晰的成在干板的正中间。7实验结论1、狭缝愈窄,再现像颜色愈纯。但是狭缝过窄,物光太弱,会给记录带来麻烦。一般狭缝宽度取1.5mm左右较为适宜；2、透镜位于物体像与狭缝像之间,再现时,眼睛所看到的是透镜与狭缝共同作用的效果；3、光程应适中，光程太长空气散射会影响效果；实验过程中要保持防震台的稳定性；4、彩虹全息术的关键之处是在成像光路中加入一狭缝。这样在干板上也会留下狭缝的像。8实验总结第一次做实验时，理论和实际不能很好地联系起来，许多需要注意的关键步骤都没有把它完成的很好，虽然做实验之前已经看过了许多论文和书籍，知道哪些地方需要特别注意，可是实验过程中还是不能做到。比如第一次做的时候连等高同轴都没有调，所以失败了几次。经过老师的悉心指导，我也意识到了光学实验是个精密的过程，不允许有丝毫的误差，我更加端正了