【报告】全息照相与信息光学实验报告

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一．实验目的

1.了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相和透射式全息照相的基

本技术和方法。

2.掌握在光学平台上进行光路调整的基本方法和技能。

3.通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基本知识，拍摄合格

的全息图。

二．实验原理

1.反射式全息照相

反射式全息照相也称为白光重现全息照相，这种全息照相用相干光记录全息图，而用“白光”照明得到重现像。由于重现时眼睛接收的是白光在底片上的反射光，故称为反射式全息照相。这方法的关键在于利用了布拉格条件来选择波长。

2.透射式全息照相

所谓透射式全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。这里将重点讨论以平行光作为参照光，对物光和参照光夹角较小的平面全息图的记录及再现过程。最后再简单介绍球面波作参照光的全息照相以及体积全息照相。

1)全息记录

2)物光波前的重现

全息图右侧空间并无光源，因而光场就唯一地决定于z＝0处波前。因而0

级和±1级三束光从传播方向上是分离的。

0级衍射近似于一束平面波，其传播方向与全息图法线成α角。

+1级衍射则是一束球面发散波，其源点就是原来物光点源所在位置。由于

点源不是在透射光场内，因而形成虚像。

第三束光则是一束会聚的球面波，其会聚点就是实像的位置，由于波前有一项附加相位因子相当于这束球面波传播方向有一附加角度变化，很小时，这角

度近似于2α。

三．实验仪器

光学平台，半导体激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜，光功率计，全息干板，三枚硬币。

四．实验条件

为了照好一张全息图必须具备下列几个基本条件：

（1）一个很好的相干光源。全息原理是在1948年就已提出，但由于没有合适的光源而难以实现。激光的出现为全息照相提供了一个理想的光源。这是

因为激光具有很好的空间相干性与时间相干性。本实验用650半导体激光

器，其相干长度约为20cm。为了保证物光和参照光之间良好的相干性，

应尽可能使两束光光程相等。

（2）保证全息照相所用系统的稳定性。由于全息底片上所记录的干涉条纹很细，相当于波长量级，在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊，甚

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至使干涉条纹完全无法记录。例如记录过程中若底片位移了1um，则条纹就看不清。因此，所有的光学元件都用磁性材料或其他方法固定在一个全息台上，这个台又放在一个隔震系统上，以防止地面振动的干扰。此外气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起空气密度的变化，导致光程的不稳定，所以曝光时应避免大声喧哗、敲门、吹风等。

（3）高分辨率的感光底片。普通照相用的感光底片由于银化合物的颗粒较粗，每毫米只能记录50～100个条纹，不能用来记录全息照相中细密条纹。全息照相必须用特制的高分辨率感光底片。我们实验室用的是RSP-Ⅰ型红敏

光致聚合物全息干版。其极限分辨率为4000条/mm。

（4）了解和使用显影、定影、冲洗等有关技术。

五．实验光路图

1.反射式

2.折射式

六．实验步骤

反射式（白光再现）全息图

（1）打开激光器，使激光器预热稳定，按反射全息光路摆放好各元件的位置。（2）先不放入扩束镜L，调节上图中的4个元件大致共轴，物体高度与扩束镜等高。

（3）将物体中心与激光通过扩束镜之后的光斑的圆心重合。

（4）调节物体的前后距离，使扩束后的光到达物体的光的光强约为550μW。（5）放入扩束镜，经扩束镜扩展后的参照光应均匀照在整个底片上，被摄物体各部分也应得到较均匀照明且光强适中。

（6）用光功率计测量感光板处参照光束和物光光束的强度，检验发光强度是否符合要求。

（7）根据光强计算确定曝光时间。调好定时曝光器。可以先练习一下快门的使用。

（8）关上照明灯，将干板装在底片夹上，使乳胶面对着光入射方向。按下按钮进行曝光。

（9）关闭快门挡住激光，将底片从暗室中取出装在底片架上，应注意使乳胶面对着光的入射方向。按下按钮进行曝光。曝光过程中绝对不准触及防震台，并保持室内安静。

（10）对曝光后的底片作化学处理。步骤：

1)蒸馏水内静置10~15秒；

2)在浓度为40%的异丙醇中脱水1分钟；

3)在浓度为60%的异丙醇中脱水1分钟；

4)在浓度为80%的异丙醇中脱水15秒；

5)在浓度为100%的异丙醇中脱水3分钟；

6)取出干版，迅速用吹风机热风快速吹干直到全息图重现象变为金黄色

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清晰、明亮图象为止。直接观察即可。

透射式全息图

（11）按透射式全息光路调节电路使光路系统满足下列要求：

1)物光和参照光的光程大致相等，不要超过2cm；

2)经扩束镜扩展后的参照光应均匀照在整个底片上，被摄物体各部分也

应得到较均匀照明；

3)两束光夹角要在之间，45为宜；

4)在底片处物光和参照光的光强比约为1:2 ～1:6，具体要视情况而定。（12）用光功率计测量感光板处参照光束和物光光束的强度，检验发光强度是否符合要求。

（13）根据光强计算确定曝光时间。调好定时曝光器。可以先练习一下快门的使用。

（14）关上照明灯，将干板装在底片夹上，使乳胶面对着光入射方向。按下按钮进行曝光。

（15）关闭快门挡住激光，将底片从暗室中取出装在底片架上，应注意使乳胶面对着光的入射方向。按下按钮进行曝光。曝光过程中绝对不准触及防震台，并保持室内安静。

（16）对曝光后的底片作化学处理。步骤：

1)蒸馏水内静置10~15秒；

2)在浓度为40%的异丙醇中脱水1分钟；

3)在浓度为60%的异丙醇中脱水1分钟；

4)在浓度为80%的异丙醇中脱水15秒；

5)在浓度为100%的异丙醇中脱水3分钟；

6)取出干版，迅速用吹风机热风快速吹干。

（17）将干板放回原光路，撤去物体，打开激光，透过干板观察影像。

七．实验数据与计算结果

反射式：600μW，计算曝光时间27.5s

投射式：225μW，计算曝光时间42.6s

八．实验观察结果

1.反射式全息图：

1)实验结果：

可以明显观察到三枚硬币，“1”字轮廓较为明显，左右摆动能够观察到硬币中影像的左右变化，呈现立体效果，纹理清楚，但文字难以辨认。干板边上有指纹印。

2)影响拍摄效果的因素：

a)各光学元件没有调节共轴，导致影像出现轻重不一，色彩不一致的

情况。

b)光功率计读数一直变化，使曝光时间的确定不准确。如果曝光时间