对全息照相的分析与改进.docx
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对全息照相的分析与改进
对全息照相的分析与改进
内容摘要
文章对全息照相的实验原理进行了分析，找出了影响实验成功率的诸多因素，例如实验台的抗震性、被摄物体的选择、物光与参考光的光强比和夹角、全息底片的选取和最后的冲洗过程。
并对这些因素进行了分析。
提出了改进全息照相的具体办法，力求得到完美清晰的图象。
例如实验台抗震性的提高，实验中可以采用具有良好散色性的玩具或者涂上荧光粉的玩具作为被拍摄的对象，物光与参考光的夹角最好在30到35度之间，光强比在1:
3到1:
4之间。
全息底片的选取要注意三个因素：
光谱范围、分辨率本领和灵敏度，并对这三个方面之间的关系进行了分析，提出了具体的改进方法。
通过实验证明，以上的改进做法确实提高了全息实验的成功率，得到了更加清晰的图片。
【关键词】激光全息照相物光参考光光程差光强比干涉衍射
Theanalysisandimprovementthattakes
Hologramapicturetoprinciple
Abstract
Inthispaper,weanalyzethetestofhologramprinciple;findoutalotoffactorsthatinfluencethesuccess,suchasanti-seismicoftheexperimentalplatform,thechoiceoftheobject,theangleandintensityofthemateriallightandreferencelight,theselectionofholographicfilmandtheflushingprocess.Thenwemakesomeanalysestothesefactorsandputforwardsomeconcretemethodstoimprovetheexperiment.Forexample:
wecouldincreasethepropertyofanti-seismicoftheplatform.Theexperimentcanbeusedwithgoodcolorpowdercoatedwithphosphortoys,itwillbebestthattheangelbetweentheobjectlightandthereferencelightisin30to35degreesandthatthelightintensityisbetween1:
3to1:
4.Wealsomustpayattentiontothreefactorsoftheholographicfilm:
thespectralrangeandtheresolutionabilityandsensitivity,andtherelationshipbetweenthesethreeaspects.Theexperimentalresultsshowthattheimprovedabovepracticeisreallyimprovetheholographicexperimentalratio,andwegotclearerpictures.
【KeyWords】laserholographicphotographicobjectlightReferencelightOpticalpathdifferencethelightintensityinterferencediffraction
2.被摄物的影响…………………………………………………………………（4）
4.物光与参考光夹角的选择……………………………………………………（5）
结束语……………………………………………………………………………………（7）
参考文献………………………………………………………………………………（8）
对全息照相的分析与改进
引言
随着时代和科技的进步，全息照相技术也得到了很好的发展。
尤其是在20世纪50年代以后，激光的出现，使全息照相技术更上了一个台阶。
从此，全息照相在现代的科技中占有了重要的位置。
近几年来，全息术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。
例如，在计算机、医学、军事等等方面都得到了很好的发展。
全息照相是应用光的相干原理进行的。
因此对实验环境的要求很高。
所以，我们对影响实验环境的因素作了具体的分析。
并提出了改进的方法。
使实验得以准确进行，得到的图片更加清晰。
大家知道，光是电磁波的一种，电场强度可以在光波中产生感光作用和生理的作用。
物体上的每一点向外界发射出来的波向四面八方传播；有反射光和透射光等。
这些光我们称之为物光。
物体之所以能够被人眼接收。
是因为物体所发射出来的物光到达了人眼。
我们所观察到的物光上的任何一点，都携带有物体上那部分的全部信息。
所以无论我们眼睛瞳孔的大小，都可以观察到整个物体。
普通全息照相是根据波动光学的原理制作完成的，它使用透镜系统将所指对象的立体图呈现在底片上。
然后在照片上得到所要拍摄的场景的立体图。
这种照相技术只是记录了所拍对象的光强和位置，但是，他显然不能记录物体的相位。
最后得到的是一张二维图像，而全息照相并没有利用透镜的成像原理，它所得到的是一张三维图像。
接下来，我们了解一下全息照相的原理：
一、全息照相的基本原理
（一）全息照相原理简介
1.实验过程
全息照相技术可以简单得分为两个过程，即“干涉照相，衍射再现”【2】【3】:
（1）．拍摄过程
如图1所示【1】。
从激光器中发射出来的光分成了两束，第一束光经过扩束后照到全息底片上，我们称之为参考光束；第二束光照射到物体上。
又通过物体表面反射到全息底片上我们将它称之为物光。
两束光在全息底片上发生相干叠加。
形成了干涉条纹。
产生的全息图就是将干涉条纹记录下来。
全息图不仅反映了振幅信息。
同时也反映了相位信息。
在记录全息图像时，每一点的散射球面波在扩散后都覆盖了整个底片，所以得到的全息照片上的每一点都记录了整个物体的信息；如果全息底片破碎，我们同样可以观察到得到完整的全息图像。
（2）．记录过程
建立如图2所示的坐标系。
设物光的复振幅为：
参考光的复振幅为：
其中
和
分别是物光与参考光在底片上的相位分布，由叠加原理得：
底片上的总场为：
因为光强为复振幅的平方。
得：
其中
和
分别为物光波与参考光波独立照射时的光强度，第三项为相干项。
该项反映了物体上某点的相位情况。
2．全息再现
如图3所示，用一束激光照射全息底片，全息底片上的每一条干涉条纹相当于一个光栅，使之再产生衍射波。
当光波经过全息底片衍射时候，在其后面会出现一系列的衍射波，其中，零级条纹可以看做是衰减后的入射光束，其中一级衍射波与物体原始位置发出来的波完全一致，形成了虚像；另一级衍射波则形成了实像。
图1
二、全息照相分析与改进
（一）影响全息照相成功率的因素
1.实验平台稳定性的影响
我们知道：
实验环境对实验的成功有着至关重要的影响[6]，尤其是做光学实验。
如果周围环境有微小的震动也会影响光路的稳定性。
外界的震动会传到实验台使其跟着产生震动。
由于全息底片上记录的是参考光和物光的干涉条纹，由于这些条纹非常细，很小的周围环境震动都会引起干涉条纹的模糊。
因此，全息照相要有良好的防震系统。
2.被摄物的影响
使用方向性强的激光束照射物体时，与平面物体不同，被照射的三维物体由于表面凹凸不平[5]。
使全息底片上只记录了能照射到的物体的某些部分，这样由于物光分布不均匀只能在全息底片上记录物体的部分像。
3.光路调节的影响
一般来说，要获得清晰的干涉条纹，要求光的相干性要好。
如果两个相干光的光程差相差较大时，就会影响条纹的质量；同时，物光和参考光的角度选取也会影响到实验的成功，夹角越大，干涉条纹就会越细，我们可以在较大范围内观察到全息图，但同时对全息底片的分辨率也有更高要求。
4.参考光和物光光强的影响
我们知道，实验中得到的全息底片上的像，就是参考光和物光在底片上形成的干涉条纹的叠加，要想得到清晰图片，两光束的光强比也会影响底片的质量。
所以，参考光和物光的光强比也会对实验产生影响，我们必须加以分析。
5.全息底片的影响
全息底片是现在全息照相中常用的记录介质，其选择时候要注意以下三个方面：
光谱范围、分辨本领和灵敏度。
一般来说，不同光源所选择的底片不同，底片的分辨本领要高，还要尽量保证灵敏度高。
6.冲洗和漂白的影响
全息照相的冲洗非常关键。
是否能得到一张好的清晰的图片，就要看冲洗的技术，如果操作不适当是不会得到预期效果的。
冲洗和漂白过程要把握药水的用量，配置顺序。
另外还要注意时间的选择。
药水的温度。
（二）改进全息照相的措施
好的全息图不仅要求图像清晰，还要求立体感强，亮度高。
要想得到好的全息图。
必须严格把握每个步骤。
力求做到完美。
从原理上看，要求到达全息底片上的参考光和物光应该尽量满足相干光的条件。
即：
两列波的频率相同，振动方向相同，位相差恒定。
我们对影响全息照相的因素进行逐一分析。
1.要有稳定的实验系统
一般我们要求。
实验装置应该有稳定的，防震的系统。
最简单的方法是在一块较重的铁板下放三个气垫。
目前实验所采用的平台为气动平台。
我们在调节好光路装置后，通常要将实验原件和实验台固定起来。
在曝光时。
应该尽量避免大声喧哗[10]，不要随意走动，保持室内的绝对安静，最好在实验装置摆放好后，将其停放一分钟再进行曝光，这要可以保证其稳定性，得到预期效果。
2.拍摄对象要有良好的散射性能
在实验中，我们最好选用瓷器的物体或者具有荧光效果之类的物体，因为这种物体有良好的散射性能，而且这种玩具可以使光线均匀射出，将物体整个照射的通亮。
可以使物光尽量多的投射到全息底片上。
3.光强比的调节
全息底片上的图像的清晰程度可以用反衬度
【9】来描述，
指的是暗条纹的极小强度，
指的是亮条纹的极大强度，化为光强的表达式为：
通常在实验的操作中，我们选取物光和参考光的光强比在1/2到1/10之间[2]。
对应的反衬度可以由下表1所示
表1.光强比与反衬度的对比【3】【7】
光强比
反衬度
1:
2
0.8
1:
3
0.6
1:
4
0.48
1:
5
0.39
1:
6
0.33
1:
7
0.29
所以，反衬度越大的条纹在全息底片呈现的图像就越清晰，由上表可以看出，光强比越大全息底片上条纹明暗对比就越不清晰，光强比小则叠加后的干涉条纹整体较黑。
所以，我们最好选取光强比在1:
3到1:
4
4.物光与参考光夹角的选择
我们知道，条纹间距和物光与参考光的夹角的选取有关，我们选取激光的波长为632.8nm的光源和全息I型干板，可以得到下表2这一关系。
从表中可以看出当夹角大于40度的时候物光和参考光干涉条纹间距已经达到了
数量级。
而且随着角度增大还在减小。
但是选取角度偏小时，两光束接近于重合，两光束之间会产生影响，因此夹角也不能太小（8）。
所以，我们最好选取角度在30到35度之间【4】。
表2物光参考光之间的夹角与干涉条纹间距的关系【3】【7】
角度/度
条纹间距/cm
角度/度
条纹间距/cm
15
2.42
40
9.24
20
1.81
45
8.26
25
1.45
50
7.48
30
1.23
55
6.87
35
1.06
60
6.34
5.全息底片选取的科学性
目前全息照相所用的记录介质为全息底片，一般可以从以下几个方面进行选择。
（1）光谱范围的选取
我们通常选取经过敏化的感光胶片，不同的感光底片对应不同光源。
例如：
如果我
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