光学全息照相实验报告.docx

光学全息照相实验报告.docx

《光学全息照相实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学全息照相实验报告.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

光学全息照相实验报告

光学全息照相实验报告

实验

光学全息照相

光学全息照相是利用光波的干涉现象，以干涉条纹的形式，把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来，它是记录光波全部信息的一种有效手段。

这种物理思想早在1948年伽柏（D.Gabor）即就已提出来了，但直到1960年，随着激光器的出现，获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。

光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛，另外还相应出现了微波全息，X光全息和超声全息等新技术，全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。

本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像，了解全息照相的基本原理及特点，学习拍摄方法和操作技术，为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。

实验目的

称为全息照相。

2．物体的再现

由于全息照相在感光底板上形成的是干涉图样，所以，观察全息照片时，必须用与原来参考光完全相同的光束去照射，这束光称为再现光。

物体的再现的光路原理如图3所示。

对于再现光，全息照片相当于是一个透过率不同的复杂“光栅”，而再现过程实际上是干涉图样的衍射过程。

再现光经全息照片衍射后的光强分布为

其中c为常数。

可见，再现光经全息照片衍射后沿三个方向衍射，第一项为再现光沿原来方向的光波，相当于光栅衍射的零级衍射光波。

第二、三项相当于光栅衍射的+1、-1级衍射光波。

第一项光强没有变化，不储存信息，所以没有使用价值。

第二项光波光强与物光的振幅和相位成正比，传播方向与物光的传播方向相同，这时如将被摄物体移开，眼睛迎着物光的传播方向观察全息照片，就能够在被摄物体的原处观察到被摄物体的虚象。

第三项光波光强与第二项光波光强共轭。

当物光为发散光时，共轭光为会聚光。

如果在被摄物体的对称位置上放一接收屏，可再现被摄物体的实象，此实象与被摄物体共轭，称赝象。

3．全息照相的特点

全息照相是利用光的干涉和衍射原理，而普通照相则是利用光的透镜成象原理。

另外，全息照片上的每一点都记录了整个物体的信息，因此，所以全息照片具有可分割的特点。

由于全息照片记录了物光的全部信息，所以再现出的物体的象是一个与被摄物体完全相同的三维立体象。

实验装置与实验环境

1.相干性好的光源。

对于一般较小的漫射物体，常用He—Ne激光器作为相干光源，它输出激光束的波长为632.8nm，功率为1―3mW这种激光器工作稳定、相干性好,能获得较好的全息图象。

2.合理的光路。

选择合适的光路是获得优质全息图的关键之一。

氦氖激光器相干长度一般不小于激光器腔长的1/4—1/2，图2是拍摄反射全息照片的光路图。

对光路的一般要求有：

尽可能减少物光与参考光的光程差，一般控制在2厘米以内；参考光与物光的光强比一般选在2：

1—10：

1范围内，为此需要选取合适的分束镜或在光路中加入衰减镜来控制。

投射在感光底版上的参考光与物光之间的夹角一般选取在15°～45°之间,这样可以使干涉条纹的间距大些，从而降低对照相底板分辨率和系统防震要求，并避免再现象与零级衍射重和，而影响对再现象的观察。

为了减少光的损失和提高抗干扰能力，在设计光路系统时所使用的光学元件应越少越好。

3.高分辨率的记录介质。

记录全息图象需要采用分辨率、灵敏度等性能良好的感光底

版，因为一般全息干涉条纹是非常密集的，干涉条纹密度为n=sinθ/λ,n是条纹的空间频率，θ是物光和参考光的夹角，λ是记录光波的波长。

对于θ=45°时，全息图上的干涉条纹可达1200条/毫米，故要采用每毫米大于1200线的感光底版。

分辨率的提高使感光度下降，所以嚗光时间比普通照片长，且与激光强度、被摄物大小和反光性能有关，一般需几秒、几十秒，甚至更长。

用于氦氖激光的全息底版对红光最敏感，所以全息照相的全部操作可在暗绿灯下进行。

嚗光后的显影、定影等化学处理过程与普通感光底片相同。

良好的减震装置。

拍摄全息照片必须在防震性能良好的全息台上进行，以保证光学

系统各元件有良好的机械稳定性，拍摄时每一光学元件都不能有任何微小移动或震动。

轻微的震动或气流的扰动,只要使光程差发生波长数量级的变化，条纹即会模糊不清,再现像的亮度和再现视场范围大小会受到影响。

所以被摄物体、各光学元件及全息底版必须严格固定。

实验的内容

熟悉全息设备，了解各部件的性能、作用和使用方法。

全息照片的拍摄

如图2所示在全息台上布置并牢固装夹各光学元件，调节各光学元件的中心等高，

使激光的光束大致与实验平台平行。

调整光路元件，不放L1、L2,使经过分光镜的两束光即物光和参考光都均匀照射

到光屏上。

调物光路和参考光路大致等光程，并且两束光的夹角在15°～45°范围内。

放入L1、L2,使激光均匀照亮被摄物，使物光和参考光均匀地照射在光屏的同一

区域内，并且避免杂散光的干扰。

严格防止扩束后的物光束直接照射在感光底板上。

调节参考光与物光的光强比在合适范围。

光路图如下图所示：

由余弦定理得cosθ=

=0.826

θ≈34.3°

安装感光底板时需要用遮光板遮住激光，使底版的感光乳胶面面向激光束。

静置数分钟后曝光，进行曝光，曝光时间由实验室给出。

底板用D—19显影液显影后，用清水冲洗干净，再放入F—19定影液中进行定影，

定影后晾干即可在激光下观察再现像。

2．全息照片的观察

利用原拍摄光路并用与参考光相同的方向照亮全息照片，观察其再现虚像的位

置、大小和亮度，并与原被摄物体进行比较。

位置、大小、亮度与原像基本相同

将开有小孔的遮挡板覆盖在全息照片上，并改变位置，观察其再现虚像，记录观

察结果。

总结观察到的全息照片的特点，比较全息照相与普通照相的区别。

答;全息照片利用光的干涉形成底片，得到的像是立体的。

常规照相只是记录了被摄物体表面光线强弱的变化，即只记录了光的振幅；而全息照相则记录了光波的全部信息，除振幅外，还记录了光波的相位。

这样就把空间物体光波场的全部信息都贮存记录了下来。

然后利用全息照片对特定波长单色照明光的衍射，把原空间景象显现出来。

注意事项

勿用手、手帕、纸片等物擦光学元件。

曝光时切勿触及全息台

拍摄时应防止杂散光干扰,以免破坏全息图.

不能用眼睛直接观看未扩束的激光束.

全息底板是玻璃片基,注意轻放,以免弄碎.

思考题

为什么要求光路中物光和参考光的光程尽量相等？

答：

因为激光的干涉长度有限，所以尽量使光程相等

为什么光学元件安置不牢，将导致拍摄失败？

答：

因为安置不牢会引起微小振动，光程差改变，使干涉条纹变化，导致拍摄失败。

如何判断所观看到的再现物像是虚像还是实像？

答：

在玻片后加一光屏，若光屏有像则再现物象是实像，若无像则为虚像。