全息照相的基本技术

大学物理实验全息照相的基本技术吉林建筑科技学院--物理实验中心一.全息照相概述

全息照相原理早在1948年就由匈牙利物理学家伽伯(DennisGabor1900-1979)提出（伽伯因此于1971年荣获诺贝尔物理学奖），由于缺少高相干度和高亮度光源，全息照相技术未得到进一步发展。到了60年代初期激光问世后，全息照相技术得到了迅速发展。目前已在精密计量、信息存储和处理、遥感技术和生物学等方面有着广泛的应用。伽伯(DennisGabor1900-1979)

全息照相与普通照相的区别全息照相普通照相原理物理光学原理

几何光学原理记录方法记录的是物光的全部信息（光波的频率、振幅和位相），即物光与参考光相干涉的干涉条纹，同时记录了物光的光强和位相信息透镜成像在焦面上，只记录下物光的光强（振幅平方）信息成像性质立体像（三维）、可分性、多次记录平面像（二维）再现方法用衍射方法再现物光波的全部信息。因而能看到物体的颜色、明暗、形状和远近直接成像在感光面，冲洗后即能看到像二、实验目的1.了解全息照相的基本原理和主要特点。2.学习全息照相的拍摄技术和再现方法。三、实验原理1．光波的信息任何物体表面发出的光波都可以看成是由其表面上各物点所发出元光波的总和。其表达式为全息照相不仅记录被摄物表面光波的振幅信息，同时也记录了位相信息，因而它具有立体感。2.全息照相原理相干性极好的He—Ne激光器发出的激光经分束镜（N）后，分为强度比较适宜的两束光：其中一束经反射，再经扩束后直接投射到照相底板上，这束光叫参考光（R）；另一束光经反射，又经扩束后均匀投射到物体表面上，经物体表面各点漫反射后照到底板上，这束光叫物光（O）。这两束相干光光程近似相等，符合相干条件，故参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉，底片记录的即是各干涉条纹叠加后的图像。全息照相采用干涉方法，以干涉条纹的形式记录物光的全部信息。拍摄全息照片的基本光路图关于强度：显然参考光各处的强度是一样的，但由于物体表面的反射率不同，所以物光的强度各处不同。因此，参考光和物光叠加干涉时形成的干涉条纹各处浓淡也就不同。拍摄全息照片的基本光路图关于位相：全息底片上任一点（,），物光和参考光的光场分布为物光：参考光：这两束相干光在底片上该点干涉叠加，其光强是它们合振幅的平方,即123第1项是物光在底片上造成的强度分布，它不均匀，但实验上一般让它比参考光波弱很多。第2项是参考光在底片上造成的强度分布，一般采用简单的平面波或球面波作为参考光，该项近似为常数，即光斑均匀。第3项是物光和参考光的交叉项。它是物光与参考光的干涉图样，包含了振幅和相位的信息。全息照片用指数函数表示关于全息底片---记录介质记录介质一般使用全息干板，即在玻璃基板上涂敷卤化银乳胶，乳胶的颗粒很小，密度大，保证干板的高分辨率。全息干板的作用相当于--线性变换器。它将曝光期间的入射光强线性地变换为显影后负片的振幅透过率。如图：1.00.50ET振幅投射率（T）和曝光量(E)的关系曲线曝光后的干板经过显影、定影处理后，就得到全息照片全息照片呈现出来的是干涉条纹，不是物体的像。3.全息照相的再现原理全息照相的再现原理将拍摄好的底片经显影、定影、冲洗、晾干后，用一束扩大了的激光（称为再现光），从特定方向射到全息片上，因底片上是若干组疏密不均匀的干涉条纹，每一组干涉纹好比一幅复杂的光栅，再现光经过它会产生衍射，根据光栅衍射条件:平行的再现光垂直投射到底片上，对于某一区域的干涉条纹来说衍射角为级时，衍射光是发散光在原物点处形成真像（虚像）；级时，衍射光是会聚光，会聚点在原物点对称的位置上，形成赝像（实像）。4.全息照相的特点1）具有完全逼真的三维立体像，它与观察实物一样，具有显著的视差特性。2）具有可分割性，即它一旦被弄碎（或被掩盖，或玷污了一部分），任一碎片仍可再现原物完整的像。3）全息照片所再现的被摄物像的亮度可调。入射光越强，再现物的像就越亮。4）再现像可放大或缩小。用不同波长的激光照射全息照片，再现的像就会放大或缩小。5）同一张全息感光板可进行多次重复曝光记录。每次曝光前稍微改变底板方位（如转动一个小角度，或改变参考光的入射方向，或改变物体在空间的位置等），就可在同一底板上重叠记录并能互不干扰地再现各个不同的图像。若物体在外力作用下产生微小的位移或形变，并在变化前后重复曝光，则再现时物光波将形成反映物体形态变化特征的干涉条纹。这就是全息干涉计量的基础。四、实验仪器五、实验内容1.合理布置仪器，调节光路（需要举手示意教师检查）等高光程夹角扩束(光强)距离2.做好拍摄准备打开曝光定时器，设置好曝光时间（10s）,锁定全息台上所有元件，关实验室门，关闭实验室灯光。3.拍摄上好底片干板，启动曝光定时器，完成全息图的记录过程。**********注意稳定，不能有干扰振动

**********4.进暗室冲洗你所拍摄的底片，自然晾干后再现观察你的作品显影时间约为15s(观察底片已呈现黑灰色即可);用夹子取出底片后水冲洗，然后进行定影，时间为2min;夹出底片后，在水龙头自来水下冲洗，自然晾干；晾干的底片夹杂底片架上，用参考光观察，能否看到三维物体的像。六、思考题