全息照相实验

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1、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引教师签名内容涉及：实验目的、实验使用仪器与材料、实验环节、实验数据整顿与归纳（数据、图表、计算等）、实验成果与分析、实验心得【实验目的】全息技术是运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所有信息（振幅和相位），因此称为全息技术。本实验的目的，是要理解全息照相的基本原理和实验措施，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

2、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规定(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，规定物光波和参照光波应当是相干光波激光是相干光，运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，另一束即可作为参照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，最佳使物光波和参照光波的电矢量的振动方向都垂直于水平面，这样物光波和参照光波的夹角虽然很大仍能极好地相干如两者的振动面水平，但两者夹角较大时，则因它们的电矢量不在同始终线上而不能较好地相干此外得注意激光的空间相干性，一般各横模之

3、间的光是不相干的，因此应使用单模激光，并调节光路，使物光波和参照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）保证光路系统的机械稳定性全息照相记录的是物光波和参照光波的干涉条纹若干涉条纹间距为d，在感光期间由于其她因素导致条纹移动了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）选用辨别率合适的全息干板，全息干板的辨别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照光波的夹角有关若两者的夹角为20，相应的干涉条纹的空间频率为（2.3.13）式中为光的波长

4、因此二光束的最大夹角要合适国产全息干板的辨别率一般约为3000条mm .此外，物光和参照光的光强度比应合适，一般应在1：2-1：4，使用的光学元件应尽量的少，以减少杂散光和缩短感光时间2设备器具应在暗房实验，重要设备是防震的光学平台此外得具有有激光器、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照光束和物光束互相干涉来记录物光振幅和相位的所有信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息所有记录下来。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，同步也依赖于这两束光波之

5、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照光，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，通过合适的解决，便得到一张全息照片。全息照相过程：一.把物体光波的所有信息记录在感光材料上（记录过程）。二.照明已被记录下来的所有信息的感光材料，使其再现原始物体的光波（再现过程）。实验光路图【实验环节】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，还得避免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，要避免全息干板误感光(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

6、孙干涉仪，用扩束镜将二光束投射到白墙上，观测干涉条纹随外来震动引起的颤抖对干涉条纹清晰度的影响状况(2）按选定的光路布置、调节好各光学元件，并尽量做到使物光和参照光之间接近零光程差调节光路时全息干板先用白屏替代，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照光波在白屏处的光强，调节好光强比后测出总光强，拟定出感光时间，此项内容也可以凭估计完毕(4）拍摄和暗室解决先用快门关闭光路，用全息干板换下白屏，且注意乳胶面朝向物体，静待半晌消失后，按曝光时间的规定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

7、影、水洗、吹干等解决(5）再现光路不变，把全息图原样装回干板架，遮住物光波，用原参照光作再现光波，寻找观测再现像若参照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，拟定哪些是有损工件(7）设计一种实验，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式拟定）进行比较。【实验数据整顿与归纳（数据、图表、计算等）】【实验成果与分析】1.该全息图片能

8、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浮现导致光路不平行引起光程差较大，导致图像不太明显；3.物光与参照光的夹角略不小于三十度，导致辨别率减少【实验心得】1.通过这次实验，观测到全息照相的制作过程，也理解到其中的原理，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.物光和参照光最强点聚焦于全息干板上；3.光程差调节不合理；4.物光与参照光的夹角比较难调

9、节；5.物体与干板的距离不合适；反思：实验中最主线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，导致效率太低并且上述的问题同步浮现，因此下次实验我们将会着眼于光路的设计，然后先大体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：一方面，人眼能在空间辨别出物体，是由于人眼接受到物体反射的光线，光线里面包具有亮度（即振幅）和位相信息，因此我们能看清这个物体并懂得它的空间位置。我们看照片是平面的，并不能懂得照片里面的景物之前互相的空间位置，由于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后形成的图像。全息图上每个点在景物空间都会有一种点相相应，它记录的是该点的亮度和位相的所有信息。因此跟我们实际看到的景物是同样的。2.拍摄全息图时，光路布置要注意些什么？答：（1）调节光学原件支架，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，使扩束后的光均匀照亮被摄物体和全息干板，光斑不能太大以免挥霍能量；（3）物光和参照光的光程差要尽量小，一般常使两者大体相等。注意：被摄物体离全息干板的距离不能太远（约10cm）；（4）物光和参照光束间的夹角在3045度之间为宜；（5）物光和参照光的光强比要合适。一般取1：2到1：5的光强比。