全息照相实验报告

全息照相实验报告

班级：XXX 姓名：XXX 学号：XXX 时间：XXX

【实验目的】

1.了解全息照相的基本原理。

2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。

3.观察物象再现。

【实验仪器】

防震光学平台、氦氖激光器、曝光定时器及快门、扩束透镜（两个）、分束器、反射镜（两个）、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。

【实验原理】

全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波（即物体上各点发出的光波的叠加），借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相（周相）分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。

1.全息记录

全息照相的光路图如下图所示：

用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O 表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R 表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R ，如图从而底板上各点的发光强度分布为

********()()O R I O R O R OO RR OR O R I I OR O R =++=+++=+++

（式1）

式子中，O*与R*分别是O 和R 的共轭量；I 。，IR 分别为物光波和参考光波独立照射底版时

感光底板

的放光强度。

2.物相再现

3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令

t ＝透过光的复振幅/入射光的复振幅 （式2）

则复振幅透过率t 一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t 为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得

0t t KI =- （式3）

物象再现是用光照射已经摄制好的全息照片并观察透过光。这个过程称为波前重现，通常再照光与拍摄全息照片的参考光束R 相同，因此，透过的光波的复振幅与位相用W 表示，则：

***0000()[()]R R R W t R KR I I OR O R t K I I R KI O KRO R =-+++=-+-- （式4） 第一项与参考波R 成正比，是按一定比例重建的参考波，或者说是直接透过再找光相当于零级衍射波。

第二项与原来的物光成正比，是按一定比例重建的物光波，相当于一级衍射波。这个光波根据惠更斯原理继续传播，与原来物体在原来位置发出的光波相同，仅仅是振幅按一定比例改变，位相改变180度。因此全息照片后面的观察者对这个光波方向观察时，可以看到原来物体的三维立体像。如图所示：

第三项与物光波的公轭光波O*有关。它是因衍射而产生的另一个一级衍射波，称为孪生波。这意味着在须向的相反一侧会聚称一个共轭的实像。

【实验内容与测量】

1.全息照相

（1）设计光路系统如下图，打开激光光源预热，激光器的电流指示为6～7mA ，光路系统应该满足下列条件：

全息照片

一级衍射波人眼观察

①物光束和参考光束由分光板至感光版之间的光程大致相等

②用透镜将物光束扩展到保证整个被摄物都能受到光照，参考光束也应扩展使感光板有均匀光照

③照在感光板上的物光束和参考光束之间的夹角在3050。。

～之间为宜

④参考光束应强于物光束，在放感光板的地方她们的强度比约为3：至5：1

（2）关闭室内照明灯，用光电池测量放感光板处参考光束和物光光束的强度，以检验发光强度比是否符合要求。曝光时间应该控制在20～60s 之间。

（3）上快门，调好曝光定时器的曝光时间，装感光板。使乳胶面向着入射光，静置几分钟使防震台不振动后曝光。

（4）显影和定影。显影液用D-19显影液，显影时间为2min 。取出感光板后用自来水冲洗。然后放在定影液中……再水洗2～3min 即可观察物象再现。

2.物象再现

1）用激光照射全息照片的正面。尽可能使光照方向与原来参考光束方向一致，从照片反面观察物象。

2）用1）的方法观察到正立的三维图象后，旋转全息照片180度，使其反面被激光照射。

3）用自己所想的方法观察全息照片。

【数据处理实验结论】

在这次光学实验中，对于再现像的观察我们没有得到再现像的实验结果，对此我觉得我们必然在某处有错误，或者是由于实验仪器造成，因此我展开分析，下面是一些分析结果。

实验中决定成功的因素：

一、系统稳定性对实验结果的影响由于全息图上所记录的是参考光和物光的干涉条纹, 而这些条纹非常细, 在曝光过程中, 极小的振动和位移都会引起干涉条纹的模糊不清, 甚至使干涉条纹完全不能记录下来。

二、光路对实验结果的影响

(1) 参考光和物光的光程差的影响。参考光和物光的光程差[ 1 ]不能太大, 不能大于所用激光的相干长度, 否则两者不能相干, 无法在全息干板上获得干涉条纹。

反射镜

(2) 参考光和物光的夹角的影响。假如全息干板上干涉条纹的间距为d, 光源波长为λ。

根据干涉原理, d 与参考光和物光之间的夹角θ有关, 而干板分辨率η与d 有关

。可以看出, θ角愈大, 所记录的干涉条纹就越细, 对干板的分辨率要求越高,故夹角θ不能太大。而夹角θ对全息图再现象时的观察窗(视角) 有影响, 夹角大, 可在较大范围内从不同角度观察物象, 反之, 观察窗则小, 因此夹角θ也不能太小。

(3) 参考光和物光的光强比的影响。全息照相是物光与参考光的双光束干涉. 对于一般双光束干涉来说, 如果2束光的光强相同, 干涉条纹可得到最大的对比度, 这对一般线性接受元件是合适的。而对全息照相的记录介质来说, 曝光量( T) 和振幅(H) 透过率的特性曲线是非线性的, 在曲线两端发生奇变, 如图3所示, 产生较高阶的衍射光,使衍射效率降

低。干板的曝光特性

另一方面, 当物光比参考光强, 斑纹比较显著, 产生较大量的晕轮光围绕零级衍射光, 降低了成象的光通量, 致使效率降低。

(4) 全息干板固定不牢或夹持位置偏差大, 以及把有药面的一面与玻璃面放反, 都会造成实验的失败。

三、曝光与显影对实验结果的影响

(1) 曝光时间的影响。如果曝光时间太短, 底板上条纹太浅甚至没有, 复杂的衍射光栅无法形成, 当然也就无法再现像。若曝光时间太长, 底板可能太黑, 光线的透过率降低。另外, 曝光时间越长, 保持系统稳定性越难, 曝光时间内突然的躁声和振动会使拍摄失败[。

(2) 显影时间的影响。显影的程度是否适当对全息图质量影响很大。若显影时间太长, 全息干板发黑, 光线的透射率降低, 无法再现像; 而显影时间太短, 干板上条纹不能出现, 无法形成复杂的衍射光栅, 甚至是一块透明玻璃片, 也无法再现像。

改进方法：