大学物理实验参考

信息光学实验

实验报告

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上课时间

填写实验报告的要求

1.实验前要认真预习实验内容，理解实验的原理。

2.实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真

填写实验报告。

3.在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。

4.对实验原理深入理解，认真回答课后思考题。

5.要求书写整洁，字体端正。

实验1 像面全息图

第一部分：预习

(一) 实验目的

1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图，为彩虹全息实验打下基础；

2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处；

3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响

(二) 实验光路

La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片(三) 实验原理

将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。像面全息图的记录光路如图所示。激光器发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜分成两束，透过的光束经反射镜射M2反射后被扩束镜扩束并照明物体，物体被成象透镜成像在全息干板上构成物光；M3反射的一束光被扩束镜扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。

像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时。物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时，再观光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。

全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的

距离。可见，各波长的再现像将相互错开而又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。当全息干板处于离焦位置(不在成像面上)时，再现像的清晰度将下降。离焦量越大，再现像就越模糊不清。然而，像面全息图的特征是物体或物体的像位于全息图平面上，因而再现像也位于全息图平面上。此时，即使再现照明光的方向改变，像的位置也不发生变化，只是看起来颜色有所变化了。这就是像面全息图可以用白光照明再现的原因所在。

应当注意，像面全息图的像不象普通全息图那样冗余地编码，而是局部地编码在全息图上，因此，再现对照明光束必须照到整个全息图才能把像完整地再现出来。此外，由于像面全息图本身的特征限制了物体的三维特性，故它仅具有有限的景深。

(四) 实验步骤

1．选择元件：

根据光路图选择合适的光学元件及镜架。成像透镜选用大相对孔径的照相物镜。

2．调整光路

按照光路图拼搭和调整光路。通过移动反射镜位置：调整参考光的光程，使其与物光的光程差接近于零。物光与参考光的夹角不要太大，一般在30～40度之间。全息干板片应位于物体的共扼面(即成像面)上。物体像的大小可通过调整物体和全息干板的位置来控制。最好将物体置于两倍焦距处，使之成1:1像，以防止像的失真。

3．调整光束比

根据物体的反射性能，通过调节分束镜位置，使参考光与物光的光束比为2：1到4：1。4．曝光记录

在暗室中装片，稳定一分钟后进行曝光，经常规处理后即得到吸收型像面全息图。5．漂白处理

为了提高衍射效率，用铁氰化钾漂白液(水1000 m1，铁氰化钾15g)进行漂白处理，把黑色部分消除后再浸泡1min，水洗10 min后凉干，即得到位相型像面全息图。

6．离焦记录

让全息干板离开像面约10mm拍摄一张像全息图，观察其再现像并与像面全息图的再现像作比较。

7．像全息图再现像的观察

本实验光路采用发散的球面波作为参考光照明记录，再现时，用一个灯丝稍集中的白炽订，按记录时参考光的方向照明。记录时也可改用平行光为参考光，此时须加一个准直物镜用平行光再现，也可直接用太阳光再现。像面全息图可用白光宽光源再现，再现像是消色差的，位于全息图平面上。

8. 实验完毕后，请教师检查实验结果，请教师在实验报告册上签字。

第二部分：实验

(一) 注意事项

1.

2.激光电源输出是高压，注意不要碰到输出端；

3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学镜面；

4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；

5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。

(二) 实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）

(三) 进行实验（参见“预习”中实验步骤）

第三部分：思考

1．像面全息图的再现像、像全息图的再现像和物体的像三者有何区别?

2．现有一张某物体的菲涅耳全息图，试利用它制作该物体的像面全息图，并画出光路图，叙述制作步骤。

3．试设计一个拍摄反射像面全息图的光路。

实验2 一步彩虹全息图

第一部分：预习

(一) 实验目的

1.练习拍摄一步彩虹全息图，了解拍摄光路及各光学元件参数的选择原则;

2.在白光照明下观察一步彩虹全息图再现的准单色像；

3.进一步掌握彩虹全息照相的基本原理，加深对彩虹全息图能用白光再现准单色像的

认识，

(二) 实验光路

La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片

Ｆ－狭缝

(三) 实验原理

一步彩虹全息是相对于本顿提出的二步彩虹全息而言的。二步彩虹全息具有视场大的优点但制作手续复杂，要用两次激光曝光，散斑噪声大，直接应用有困难。1977年底，杨振寰等研究成功了一步彩虹全息术，方法较为简便，而且已有了许多实际应用。一步彩虹全息和二步彩虹全息在本质上毫无区别。只是在记录彩虹全息图的步骤上更为简化罢了。

彩虹全息术的本质是要在观察者与物体的再现像之间形成一个狭缝像，使观察者通过狭缝像来观察物体的像，以实现白光再现。一步彩虹全息图的记录光路是在普通离轴全息照相光路中，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，以便用一次曝光就能把物体的像和狭缝的像同时记录下来。按照狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路可分为两种:一种是赝像记录光路，另一种是真像记录光路。本实验采用真像记录光路。

在上图的实验光路中，狭缝和物体均位于成像透镜的焦点之外，二者的像均成在透镜的同一侧，全息干板H置于两个像之间稍靠近物像处来记录全息图。再现时用原参考光照明，人眼在狭缝像F‘的位置上观察再现像，可以看到物体的明亮的全息虚像。如果用白光再现，就会出现按彩虹颜色排列的狭缝实像。在这些狭缝像的位置上，人们可以看到不同色彩的准单色物体像。一步彩虹全息的相干散斑噪声较二步彩虹全息为小，但视场受成像透镜相对孔