大学物理实验期末论文

大学物理实验期末论文《全息照相应用探究性实验报告》
专业：光电信息工程
学号：100402165
姓名：张刘刘
全息照相应用探究性实验报告
摘要：
根据全息照相原理，理论上只要将物光和参考光的光路设计得能够发生干涉，就可以拍摄出全息照片，因此拍摄全息照片的光路不是唯一的。

不同光路拍出的全息照片的效果有所不同，可以根据不同的被摄物体，选择不同的光路，以达到最佳的拍摄效果。

首先介绍几种常见全息照相的光路，对它们的优点和不足进行分析，进一步提出用多个物光束拍摄全息照片的新方法，并对光路的快速调整方法进行系统的探讨，并提出其他几种提高实验成功率的方法。

关键词：全息照相光路物光参考光新方法
Abstract：The light path to take photos of hologram is not unique, because according to the principle of holography, we can take a holographic picture as long as the object light path and the reference light path are theoretically designed to make optical interference occur. Different paths of ray lay out different effects of optical holographic pictures. We may choose different paths of ray according to different objects in order to achieve the best photography effect. This paper introduces several kinds of common holographic optical paths, analyze their merits and weaknesses, further puts forward a number of new methods to take pictures of hologram using many object beams, and carries on a system discussion on the quick-adjusting method of light path.
Key words：holography；light path；object light；reference light；new methods 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。

(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：
光路的选择
(1)单物光束反射、透射全息照相光路
实验装置如图１、图２所示[2]，从激
光器Ｓ发出的光波被分束镜Ｔ分成2束，
一束经Ｍ１反射和凸透镜扩束后照射在
被摄物体上，经物体反射（图1 ）或透
射（图2 ）的光再照射到全息干板Ｐ上，
这束光为物光波。

另一束经Ｍ２反射和扩
束后直接照射在全息干板Ｐ上，这束光为
参考光波。

由于这2束光是相干的，所以
在全息干板上就形成明暗相间的干涉条
纹并被记录。

条纹的形状和疏密反映了物
光的位相分布情况，而条纹明暗的反差反
映了物光的振幅。

感光底片上将物光的信息都记录下来，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图，即全息照片。

优点：实验装置简单，照射到物体上的光较强，容易控制物光和参考光的光比，再现照片反差大，轮廓分明。

缺点：由于被摄物体不是平面物体，而光又是沿线传播的，所以物体不能被全部照亮，干板上记录的影像信息只是物光束能照射到的部分，其他部分的像是暗的，照片层次较差。

(2) 双物光束漫反射全息照相光路
为了克服单物光束拍摄全息照片的缺点，
可以用2束光照射物体，照亮原单束光照
不到的地方[3]，并在想突出表现的部位打
上较强的光，从而使全息片层次更丰富，
表现力更强。

从全息照相的原理考虑，物
光束和参考光束必须是相干光，因此，它
们必须来自同一光源，从同一光束中分离
出来。

在单光束光路中又增加一个分束器
T1，将原来的物光束一分为二，再经过反射镜1 M′、1 M′′从2个不同方向照射到被摄物体。

光路如图3所示，其中T1为50%的分束器， 1 M′和1 M′′为新增加的反射镜，1 L′′为第二束光的扩束器。

优点：克服了单光束光路在光线不能到达的地方产生暗区的缺点，使全息照片影像更清晰，层次更丰富。

缺点：实验装置较复杂，光路调整耗时较多。

(3)多物光束漫反射全息照相光路用普通照相机拍摄物体时，为了使照片层次丰富，或为突出表现某种特殊效果
时，摄影师往往用多束光来照射被摄物
体。

全息照相也可以借鉴该方法，例如用
透射全息照相光路，给物体一个背景光，
光路如图4所示，使全息照片出现很强的
立体感。

优点：全息照片影像层次更加丰
富，并有很强的立体感。

缺点：实验装置
更为复杂，光路和每个光束的光比调整较
为困难。

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