光全息照相实验报告

实验报告实验三十四全息照相
物理学院1300061311
二下 6 组 03 号 2015.4.15
一. 实验目的
1•了解全息照相的基本原理；
2•学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图;
3 •了解摄影暗室技术.
二. 实验仪器
光学平台，He-Ne 激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和 分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜，暗室技术使用的设备.
三. 实验原理
全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信息，这是全 息照相名称的山来•但是，感光乳胶和一切光敬元件都是“相位盲S 不能直接记 录相位•必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光的干涉条纹，间接 记录下物光的振幅和相位•直接观察拍好的全息图，看不到像•只有照明光按一定 方向照在全息图上，通过全息图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立 体像•故全息照相包括波前的全息记录和重现两部分内容。

下面是透射式全息照 相原理。

1•全息记录
如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，那就记录了底片所在位 置物光波前的振幅和相位
物光一点发出的球面波波前：
〃0（如刃=人（忑y ）exp ［诫）（兀y ）］
参考光波前： 则底片上总复振幅:
光强分布：
Ig) = UU
感光底片在曝光后经显影和定影等暗室技术处理，成为全息图•适当控制曝光 量〜 2兀
匕(兀 y) = A r exp[/ — ysina]
Ug y) = U Q (x.y)+U r (x, y)
及显影条件，可以使全息图的振幅透过率:与曝光量E（正比于光强1）成线性关系，即
心,刃=山一例（九y）
1）一个很好的相干光源，本实验用的氨氛激光器，相干长度约为20cmo为保证物光和参考光之间良好的相干性，要尽可能使两束光光程相等。

2）保证全息照相所用系统的稳定性。

尤其是曝光的3-4秒内，千万要保持台面的稳定。

3）高分辨率的感光底片，本实验用的感光底片分辨率为3000条/mm。

4）了解和使用显影、定影、冲洗等有关摄影暗室技术。

四.实验内容
1•设计安排光路
应满足如下要求：
1）经透镜扩展的参考光均匀照在整个底片上，被摄物体各部分也应得到均匀照明
2）物光和参考光光程大致相同
3）在底片处物光和参考光的光强比为1:2-1:6
4）物距感光底片约10cm
5）参考光垂直照射底片，参考光与物光夹角约为30度
大致步骤:
1）初步规划光路，放置各元件的大概位置
2）用分束器将激光分光，用透射光（较强）作为物光，用反射光（较弱）作为参考光
3）确定物光光路，并用卷尺测量光程，用此光程确定参考光光路的反射镜位置，调整过程中注意满足上述条件
4）加入两个透镜，将物光和参考光扩展，并注意均匀照明
5）加入快门，设置曝光时间为3-4秒
注：光路的安排搭建对于这个实验非常重要，是决定全息图品质的关键因素，因
此搭建时应仔细规划考虑，尤其注意要满足上述所有条件。

我们组正是因为搭建出好的光路才做出了比较好的全息照片。

实验光路示意图
7.曝光
关上照明灯，取出感光底片并安装，所有人安静后曝光3-4秒，注意曝光时要保持台面的稳定性，不能有人移动，说话。

3.显影定影
将感光底片取下，先在显影液中浸泡约10秒，再在定影液中浸泡约15分钟，最后用清水冲洗一分钟，在吹风机下烘干，光的全息照片制作完成。

4.透射式全息图的重现
五.实验现象
透射式全息图的重现
1•原位观察虚像：
1）像的位置和物的位置相同，大小相同，正立。

2）从不同位置观察像，可以看到像的不同角度，这和从不同位置观察物体一模一样
3）改变底片与透镜距离，远离时像变大，拉近时像变小。

2.另一个像（-1级衍射像）
从另外一侧可以观察到另外一个像，是倒立的虚像，并且非常大，只能看到被放大的局部。

3.底片翻转180度，用共辄光照射底片
可以观察到两个相，一个是正立，原大小的实像（可以成在光屏上），这个像的位置和本来物的位置关于感光底片对称；另一个是在另外一侧倒立放大的虚像。

对于实验现象的解释
做实验时，实际情况并不是实验原理所说的参考光和再现光都是平面光，而 采用的是凸透镜扩展的平面光
因而实际情况为，参考光波前
O r （x 9 >'） = A r expH0r （x, y ）］
根据
0（X, y ） = 〃（）（X, y ）+U r （x y y ）
1）参考光和再现光相同时，可以推得
O t （X, y ） = [r 0 - 0（A ： + A ；）H exp [讷.] 一血：4）exp [讷,]
- M 2 A ）exp[-讹]exp ⑵ 0」
其中
可以看到，第二项+1级衍射就是还原物的衍射虚像，位置大小正倒和原物体 完全相同。

而第三项・1级衍射则可以等效为将物的共觇光经过一个焦距为 / = 2z°的透镜成像（因为5为负，这里等效成了一个凹透镜），因为f 的不同可 能成实像也可能成虚像，在实际观察中我们看到了倒立放大的虚像。

2）再现光是参考光的共轨球面波时，得
O t （X, y ） = [r 0- 0（ A ： + A ； ））4 exp 卜砂」 一卩* A ）
exp [/如 exp 卜 2 讷.] 一04：人）exp[-讷）]
可以看到，此时，第三项・1级衍射是原物光波前的共辘波，因此在原物关于 感光底片对称的位置成了一个等大正立的实像（对称位置是因为将底片旋转了 180度）。

而第二项+1级衍射则是将物光经过一个焦距为/ = -2z 0的透镜成像， 这个像应当与笫一种情况参考光和再现光相同时,-1级衍射成像的位置大小正倒 相同，故也是倒立放大的虚像。

上述所有理论推导均和实验中所观察到的现象符合，故本次实验理论推导和 实验现象均做的较为不错。

六. 实验反思与总结
本次全息照相实验，让我加深了对全息的理解，可以想象，再现物的全部信 息是多么了不起的成就，而白光全息的发明也是更加令人迷醉。

另外实际情况（参 考光为球面波）的推导也让我对于上学期光学所学知识进行了更深入的理解，从 理论
0 = ik
结合到了实际，我非常喜欢这次实验。