彩虹全息实验过程

彩虹全息

一、实验目的：

1. 通过彩虹全息实验进一步理解和掌握全息照相的原理；

2. 理解彩虹全息的白光再现原理；

3. 掌握彩虹全息图的制作过程及光路。

三、实验仪器：

全息平台，He-Ne 激光器，曝光控制器（K ），光学元件（包括：分束器（BS ），平面反射镜（M ），扩束镜（L1），准直镜（L2），成像透镜（L3）），全息干板（H ），干板架

实验方法

第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。

第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），

加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。

这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可

以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同

颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。

实验步骤 1．首先按图3调好光路。

2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。（这

时可挡掉R 2）。

3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。（可调连续分束

镜或在参考光路中放置衰减镜）。

4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。曝光时间，He －Ne 激

光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。并进行显影、

定影和漂白。

5. 利用第二步记录全息图时的共轭光作参考光，将底片进行再现，观察再现结果。

6. 将白光点光源照明全息图，观察再现效

果

全息干板 图1 母全息图

图2 第二块全息图

R 2

狭缝

H 1H 2R 1

*He －Ne 激光器

透镜反射镜反射镜

反射镜

扩束镜

扩束镜准直镜(母全息干板)

图3 实验光路由于分析的记录光路是线性的，若只考

虑一个物点I 0(x 0，y 0，z 0)即再现实像上的一点并不失去其普遍性。在记录过程中，令记录所用的单色光波长为λ，参考光的发散点是R (x r ，y r ，z r )。选择空间直角坐标系的x －y 平面在记录干板的药膜面上，坐标原点与干板中心重合。如图4所示。设在记录干板上物光和参考光的复振幅分别是U 0(x ，y )和U r (x ，y )，两者所形成的干涉图样的光强分布是*00*22020),(U U U U U U U U y x I r r r r +++=+= (1)

上式*号表示共轭复数。假设记录过程是线性的，彩虹全息图的振幅透射率t (x ，y )正比于I (x ，y )： )(),(*00*220U U U U U U K y x t r r r +++= (2)

当处理好的虹全息图放回原记录位置，用波长为λ' ，发散点为R (x r ，y r ，z r )的单色光照明，就能再现出物点的全息像I (x I ，y I ，z I )，物点与全息像点的关系由下面的式子给出： 01 ) 1(11z z z r i ⋅λλ+λλ-=01 ) 1(z z y z y r r i i ⋅λλ+λλ-= 0

0 z x z x i i ⋅λλ=从上面的式子很容易看出，当λ＝λ' 时再现的全息像点与记录的物点位置重合。若在R (x r ，y r ，z r ) 点放置波长为λ1的点光源再现上述的虹全息图后，除了形成一般全息图所有的全息像点I 01之外，还将形成一个与之相对应的狭缝实像I S1，如图5(a)所示。观察者看到全息像点I 01' 的条件是瞳孔D 落在从I S1出射的衍射光场中，而最佳的观察位置是D 落在I S1处。若用具有两个波长λ1和λ2的再现光源，这时再现光被虹全息图衍射成为两个空间错开颜色不同的全息像点I 01、I 02和与之对应的两个狭缝像I S1、I S2。只要I S1和I S2分离的尺寸大于人眼瞳孔直径D ，就可以通过I S1和I S2分别看到波长为λ1和λ2的两个全息像点I 01和I 02。将这一概念推广到点白光源照明虹全息图的情况。由于波长是连续变化的，每一波长都在不同的位置上形成它自己的全息点和相应的狭缝像。于是全息像点按光源的光谱弥散成了一条线段，狭缝的全息像也按光源的光谱弥散成为一个六面体在这种情况下，因瞳孔具有一定的线度D ，在固定的观察位置上，观察者只能看到一个准单色λ＋∆λ(∆λ＝λ'－λ)的全息像点，沿铅直方向改变观察位置，将相继地看到不同准单色的全息像点。