彩虹全息和傅里叶变换全息

实验二一步彩虹全息实验

一、实验目的

1.掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法

2.制作一张一步彩虹全息图，在白光下观察其重现的像。

二、实验原理

彩虹全息是像全息与狭缝技术相结合的产物，可以在白光照明下重现物体的像。彩虹全息在被摄物和全息干板之间置一狭缝，再现物像时，也再现了狭缝像。如果用白光照明，眼睛在狭缝像位置观察，可见特定波长光的再现像，而当实现沿垂直于狭缝像方向移动时，再现像也随之按彩虹色序发生变化。

彩虹全息图有各种不同的记录光路，如图1、2。

图1 一步彩虹全息实验图（一个全反镜，不加狭缝，可记录像全息图）

三、实验步骤

下面是以图2为实验光路图的实验步骤，图1光路图类似。

1、打开激光器，先摆放分束镜、2个全反镜、干板和载物台，使物光和参考光的光程相等（误

差不超过2cm）。

注意：物体到干板的距离为45cm（假设成像透镜L的焦距为110mm，物体放在透镜前2倍焦距处，在透镜后2倍焦距处成等大倒立的实像，干板放在实像后1cm处）；物光与参考光的夹角θ在30°~60°；参考光光点位于干板中心；参考光与物光的光强比在4:1-8:1之间。

2、将2个准直镜（透镜焦距为190mm和300mm）分别放入物光和参考光光路中，调节透

镜位置和高低，使两路光的光斑中心位于干板中央。

3、将2个扩束镜分别放入物光和参考光光路中的透镜前焦点上，使从透镜射出的光为平行

光。

4、将物体放置在载物台上，用白屏或白纸观察物体的影子，物体影子应位于平行光斑的中

央。注意：物体躺倒放置；

5、将焦距为110mm的透镜放在距物体22cm的地方，将在干板前1cm处可以观察到清晰的

物体的像；调节物体的方向，观察物体的像，找反射最强的方向。

6、将狭缝（水平放置）放在物体与透镜之间，且与透镜的距离大于11cm，在干板架后面用

毛玻璃寻找狭缝的像，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更小的物体。

7、曝光、显影、清水、定影、清水。

8、将干板放在干板架上，挡住物光，朝物体方向看，可以看到红色的物体的虚像。

9、用白光源作为参考光照射干板，朝物体方向看，可以看到彩色的物体的虚像。将全息图

相对原来记录的位置面内旋转90°，使躺倒的物体像正立起来，沿垂直方向改变观察位置，全息像的颜色将变化；沿水平方向改变观察位置，全息像将有立体感。

四、注意事项

1.干板放置的位置不一定放在物体实像1cm处，本实验是为了方便用相同光路拍摄像全息

图和彩虹全息图。

2.实验仪器中3种焦距的透镜可以自由选择，不一定按上述步骤中所述进行实验。

3.实验中，物体也可以正立放置，则狭缝需垂直放置，在观察所得到的全息图时，全息像的

颜色将随观察位置的水平方向而改变。

实验三傅里叶变换全息图

一、实验目的

1. 掌握傅里叶变换全息图的原理。

2. 拍摄一张傅里叶变换全息图，观察其再现像。

二、实验原理

傅里叶变换全息图不是记录物光波本身，而是记录物光波的空间频谱，即记录物光波的傅里叶变换。利用透镜的傅里叶变换性质，将物置于透镜的前焦面上，在透镜的后焦面上就得到物光波的频谱，再引入一束参考光与物的频谱相干涉，用得到的干涉条纹记录物频谱的振幅分布和位相分布就得到傅里叶变换全息图。由傅里叶变换特性知道，用单色点光源将物体照明以后，通过透镜在点光源的共轭像面上，能得到物分布的傅里叶频谱。当用单色平行光将物照明时，频谱面与透镜的焦面重合。

用平行光照明且有透镜的傅里叶变换全息图的实验光路如下图所示：

图1 傅里叶变换透镜全息图的光路

注意事项：

1.参考光与物光的光程差小于2cm，夹角为30°~60°。

2.参考光束中扩束镜处的激光点必须与物体E在同一个平面，且间距大于物体长度的1.5倍。

3.干板稍向参考光方向倾斜。

三、实验步骤：

1.在全息台面上大体设计好光路的摆放，先用细激光束进行调整，使从分束镜到全息干板面

中心的物光和参考光光程相等；全息干板与物光路的光轴垂直，并使由反射镜反射的两束光在全息干板中心重合。

2.在两束光中分别放入准直镜L1和L2，使其中心位置与激光束中心重合。然后将扩束镜分

别放在L1和L2的前焦面上，经扩束准直后形成平行光，并使其在干板面上重合。

3.在物光光路中放入透镜L3，调节其位置，使其焦点位于干板的中心，并在L3的前焦面上

安放物体（E字片）。参考光路中扩束镜处的光点要与物面处于同一平面。

4.调整物光与参考光的光强比。在物的空间频谱中，低频成分多余高频成分。如果要在记录

中强调低频成分，可以让参考光束强一些，曝光时间则可短一些，这样对低频成分有合适的记录，而对高频成分则曝光不足，使重现像的高频损失较多；如果要突出高频成分，则可以让参考光束弱一些，曝光时间相对长一些，此时低频成分可能会由于曝光过度使衍射效率降低，而高频成分的曝光是合适的。

5.曝光、显影和定影处理。

6.观察再现像。遮住原光路中的参考光束，用全息图取代原物，在原干板架上用毛玻璃观察，

可以看到重现的原始像及其共轭像分别出现在中央亮斑的对称位置。中共亮斑是原物的自相关。

将全息图沿垂直于光轴的方向平移，观察重现像的位置是否发生变化。

将全息图沿光轴向透镜L移动，观察重现像变化的情况。