彩虹全息实验

目录

1 实验目的 (1)

2 实验原理 (1)

3 实验仪器 (3)

4 实验内容 (3)

4.1 一步彩虹全息真像纪录 (3)

4.2 方孔一步彩虹全息像的再现 (4)

5 实验结果 (4)

6 实验总结 (5)

7 感想体会 (6)

8 参考文献 (6)

方孔一步彩虹全息实验研究

1实验目的

1、了解像全息白光再现的原理及一步彩虹全息和像面全息的原理。

2、掌握一步彩虹全息图制作方法。

3、了解像面全息实验方法。

2 实验原理

像面全息图的拍摄用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种；一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。

赝像记录原理如图1所示。狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。用会聚光作参考光。

图1 一步彩虹全息赝像记录原理图

图2 一步彩虹全息真像记录原理图

真像记录原理如图2所示，狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。图3为彩虹全息真像纪录的参考光路。

图3 彩虹全息记录光路

S：激光器 SF：扩束镜 BS：分束镜 L1：成像透镜

M1、M2：放射镜 O：物体 H：全息干板 S1：狭缝

两种记录光路所拍摄的彩虹全息图，如用记录时的单色光再现，可以通过再现出的狭缝实像观察到所记录物体的明亮虚像（如图4）。用白光再现，则形成七色图像。

图4 彩虹全息再现

3 实验仪器

激光器：1台，扩束镜：2个，分束镜：1个，成像透镜：1个，反射镜：2个，载物台：1个，干板架：1个，毛玻璃：1片，观察屏：1个，光学元件架若干，干板备件盒：1个，洗像设备一套。

4实验内容

4.1 一步彩虹全息真像纪录

1、设计光路

2、光路调节

激光束与工作台面平行，各光学元件的表面与激光束的主光线垂直，检查工作台稳定性（迈克尔逊干涉光路）。

3、按设计的光路图摆设光路

注意：（1）、调整物光路，先不放狭缝，物体躺倒放置。加入成像透镜L以后，在L的后方用毛玻璃寻找物体的实像。透过L看实像，沿光轴方向移动物体，调整物距和相距，使人眼恰好能看到整个实像。调整好后在实像后面一定位置放置干板架。

（2）、加入狭缝S（水平方向放置），在干板架后面用毛玻璃朝狭缝的像S`，移动狭缝（沿光轴方向）使S`到干板的距离为40cm左右。狭缝的宽度约1mm左右，通过狭缝的像观察物体的实像是否完整，若狭缝的像左右不全，可适当加大狭缝宽度或更换较小

的物体。

（3）、调整M2的位置，使参考光光程和物光光程相等。

（4）、参考光与物光的光强比在4：1~8：1间选择。

4、曝光

5、冲洗

6、再现

（1）、用记录时的参考光进行再现，观察物体的像和狭缝的像。

（2）、用白光源再现彩虹全息像。

4.2 方孔一步彩虹全息像的再现

设想以波长为λ

１

的再现光按记录时的参考光方向入射到全息图上（图3），观察者既

能见到物的像又能见到狭缝的实像Ｉ

Ｓ１。看到像点Ｏ

1

′的条件是瞳孔位于从Ｉ

Ｓ１

发射的衍

射光场中，最佳观察位置是瞳孔恰好在Ｉ

Ｓ１

处，如隔窗观景，越近窗口视野越大。同理，

对于波长为λ

２的再现光，则因衍射角的变化得到错开位置的像点Ｏ

2

′和缝像Ｉ

Ｓ2

（图3）。

如此推广，白光被全息图衍射后即形成一簇从红到紫连续错开排列的彩色物像和色彩分立的狭缝实像。由于狭缝像限制了衍射物光的传播方向和观察范围，观察者的瞳孔对准某一狭缝像只能看到一个准单色物像，所以狭缝起了滤波器的作用，有了它，彩虹全息图才可以用白光再现。但是因视角受透镜孔径限制，狭缝又只允许一定方向和范围的物光通过，所以再现像只保留了沿缝方向的透视效果。

5实验结果

实验台的摆放情况如下图

实验最后在灯光下看到的结果如下

图六实验结果图

6实验总结

排这个光路的时候理论和实际操作有一些接不上，透镜的位置和狭缝的宽度作了多

次调整，但始终没能作出能在白光下就能看出的彩虹全息，后来知道物象和底片的距离要

正好是两倍焦距，物体呈的像正好打在底片上，形成等大倒立的实象，狭缝贴紧凸透镜，

形成衍射。因为此时物光太暗，经老师指导，暴光时间要稍微放长一点，显影时间不能太

长，黑度不能太大。这个实验做过几次，效果不是太理想。

7 感想体会

这次实验并不时特别困难，虽然实验中我们遇到了一些问题，但都有惊无险的解决了，通过这次的实验，我们有学习到了新的知识，掌握了全息图的制作方法，了结了彩虹全息的原理和试验方法。

8 参考文献

[1] 杨振寰. 光学信息处理.

[2] 苏显渝、李继陶.信息光学.科学出版社.