全息照相試驗報告

1、全息照相實驗報告如何做全息照相實驗？實驗報告又是如何寫？那么,下面請參考 公文站我給大家分享的全息照相實驗報告,希望對大家有幫助.全息照相實驗報告【實驗?zāi)康摹? .了解全息照相的根本原理.2 .掌握全息照相以及底片的沖洗方法.3 .觀察物象再現(xiàn).【實驗儀器】防震光學(xué)平臺、氨覆激光器、高頻濾波器、擴束透鏡兩個、 分束器、反射鏡兩個、全息I型干版、顯影液和定影液及暗房設(shè)備.【實驗原理】全息照相與普通照相無論是在遠離上還是在方發(fā)生都有本質(zhì) 的區(qū)別.普通照相是用幾何光學(xué)的方法記錄物體上各點的發(fā)光強度分 部,得到的是二維平面像,像上各點的照度與物體上的各點發(fā)光強度 一一對應(yīng).而全息照相的記錄對象是整個物

2、體發(fā)出的光波 即物體上 各點發(fā)出的光波的疊加,借助于參考光用干預(yù)的方法記錄這個物光 波的振幅和位相周相分布,即記錄下物光波與參考光波相干后的全 部信息.此時,記錄信息底片上得到的不是物體的像,而是細密的干 涉條紋,就好似一個復(fù)雜無比的衍射光柵,必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑僬彰?才能重建原來的無播送,從而再現(xiàn)物體的三維立體像.由于底片上任何一小局部都包含整個物體的信息,因此,只利用拍攝的全息底片的 一小局部也能再現(xiàn)整個物像.1 .全息記錄全息照相的光路圖如以下圖所示：感光底板用激光光源照射物體,物體因漫反射發(fā)出物光波.波場上沒一 點的振幅和相位都是空間坐標(biāo)的函數(shù). 我們用O表示物光波沒一點的 復(fù)振幅與相位.

3、用同一激光管員經(jīng)分光板分出的另一局部光直接照射 到地板上,這個光波稱為參考光波,它的振幅和相位也是空間坐標(biāo)的 函數(shù),其復(fù)振幅和位相用R表示,草考光通常為平面或球面波.這樣 在記錄信息的底板上的總光場是物光與參考光的疊加.疊加后的復(fù)振幅為O+R如圖從而底板上各點的發(fā)光強度分布為I(OR)(O*R*)OO*RR*&# 61483;OR*O*RIOIROR* O*R(式1)式子中,O*與R*分別是O和R的共鈍量；IIR分別為物光波 和參考光波

4、獨立照射底版時的放光強度.2 .物相再現(xiàn)3 .底板經(jīng)過曝光沖洗后,形成各處透光率不同的全息照片, 它相當(dāng)于一個復(fù)雜的光柵.一般來說,光透過這樣的全息照片時,振幅以及位相都要發(fā)生變化.如果令1=透過光的復(fù)振幅/入射光的復(fù)振幅式2那么復(fù)振幅透過率t 一般為復(fù)數(shù).但對于平面吸收型全息照片 t 為實數(shù).如果曝光及沖洗適宜,可使得tt0KI 式 3物象再現(xiàn)是用光照射已經(jīng)攝制好的全息照片并觀察透過光.這 個過程稱為波前重現(xiàn),通常再照光與拍攝全息照片的參考光束R相同,因此,透過的光波的復(fù)振幅與位相用W表示,那么：式4Wt0RKRI0᠄

5、3;IROR*O*R& #61501;t0KI0IRRKIROKRO* R第一項與參考波R成正比,是按一定比例重建的參考波,或者 說是直接透過再找光相當(dāng)于零級衍射波.第二項與原來的物光成正比,是按一定比例重建的物光波,相 當(dāng)于一級衍射波.這個光波根據(jù)惠更斯原理繼續(xù)傳播,與原來物體在原來位輅發(fā)出的光波相同,僅僅是振幅按一定比例改變,位相改變 180度.因此全息照片后面的觀察者對這個光波方向觀察時,可以看 到原來物體的三維立體像.如下圖：全息照片一級衍射波人眼觀察第三項與物光波的公鈍光波O*有關(guān).它是因

6、衍射而產(chǎn)生的另 一個一級衍射波,稱為學(xué)生波.這意味著在須向的相反一側(cè)會聚稱一個共鈍的實像.【實驗內(nèi)容與測量】1,全息照相(1)設(shè)計光路系統(tǒng)如以下圖,翻開激光光源預(yù)熱,激光器的電流指示為67mA光路系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下條件：物光束和參考光束由分光板至感光版之間的光程大致相等用透鏡將物光束擴展到保證整個被攝物都能受到光照,參考 光束也應(yīng)擴展使感光板有均勻光照照在感光板上的物光束和參考光束之間的夾角在3050之間為宜參考光束應(yīng)強于物光束,在放感光板的地方她們的強度比約為3:至5: 1(2)關(guān)閉室內(nèi)照明燈,用光電池測量放感光板處參考光束和物光光束的強度,以檢驗發(fā)光強度比是否符合要求. 曝光時間應(yīng)該限制 在

7、2060s之間.(3)上快門,調(diào)好曝光定時器的曝光時間,裝感光板.使乳膠 面向著入射光,靜輅幾分鐘使防震臺不振動后曝光.(4)顯影和定影.顯影液用 D-19顯影液,顯影時間為2min.取出感光板后用自來水沖洗.然后放在定影液中.再水洗2 3min即可觀察物象再現(xiàn).2.物象再現(xiàn)1用激光照射全息照片的正面.盡可能使光照方向與原來參考 光束方向一致,從照片反面觀察物象.2用1的方法觀察到正立的三維圖象后,旋轉(zhuǎn)全息照片 180 度,使其反面被激光照射.3用自己所想的方法觀察全息照片.【實驗心得】光學(xué)實驗中光路調(diào)節(jié)考前須知 .整個調(diào)試光路的過程中是分別依次參加光學(xué)元件遵循的原那么：每兩個光學(xué)元件始終保持

8、等高,共軸【數(shù)據(jù)處理實驗結(jié)論】在這次光學(xué)實驗中,對于再現(xiàn)像的觀察我們沒有得到再現(xiàn)像的 實驗結(jié)果,對此我覺得我們必然在某處有錯誤, 或者是由于實驗儀器 造成,因此我展開分析,下面是一些分析結(jié)果.實驗中決定成功的因素：一、系統(tǒng)穩(wěn)定性對實驗結(jié)果的影響由于全息圖上所記錄的是參 考光和物光的干預(yù)條紋,而這些條紋非常細,在曝光過程中,極小 的振動和位移都會引起干預(yù)條紋的模糊不清,甚至使干預(yù)條紋完全 不能記錄下來.二、光路對實驗結(jié)果的影響1參考光和物光的光程差的影響.參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長度,否那么兩者不能相干,無法在全息干板上獲得干預(yù)條 紋.(2)參考光和物光的夾角的影

9、響.假設(shè)全息干板上干預(yù)條紋的 間距為d,光源波長為λ.根據(jù)干預(yù)原理,d與參考光和物光 之間的夾角θ有關(guān),而干板分辨率η與d有關(guān).可以看出,θ角愈大,所記錄的干預(yù)條紋就越細,對 干板的分辨率要求越高,故夾角θ不能太大.而夾角θ對全息圖再現(xiàn)象時的 觀察窗(視角)有影響,夾角大,可在較大范圍內(nèi)從不同角度觀察物 象,反之,觀察窗那么小,因此夾角θ也不能太小.(3)參考光和物光的光強比的影響.全息照相是物光與參考光 的雙光束干預(yù).對于一般雙光束干預(yù)來說,如果2束光的光強相同, 干預(yù)條紋可得到最大的比照度,這對一般線性接受元

10、件是適宜的.而 對全息照相的記錄介質(zhì)來說,曝光量(T)和振幅(H)透過率的特性 曲線是非線性的,在曲線兩端發(fā)生奇變,如圖3所示,產(chǎn)生較高階 的衍射光,使衍射效率降低.干板的曝光特性另一方面,當(dāng)物光比參考光強,斑紋比擬顯著,產(chǎn)生較大量 的暈輪光圍繞零級衍射光,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夾持位輅偏差大,以及把有藥面的 一面與玻璃面放反,都會造成實驗的失敗.三、曝光與顯影對實驗結(jié)果的影響(1)曝光時間的影響.如果曝光時間太短,底板上條紋太淺甚 至沒有,復(fù)雜的衍射光柵無法形成,當(dāng)然也就無法再現(xiàn)像.假設(shè)曝光時 間太長,底板可能太黑,光線的透過率降低.另外,曝光時間越長,

11、保持系統(tǒng)穩(wěn)定性越難,曝光時間內(nèi)忽然的躁聲和振動會使拍攝失敗 .(2)顯影時間的影響.顯影的程度是否適當(dāng)對全息圖質(zhì)量影響很大.假設(shè)顯影時間太長,全息干板發(fā)黑,光線的透射率降低,無法再現(xiàn)像；而顯影時間太短,干板上條紋不能出現(xiàn),無法形成復(fù)雜的衍射光柵,甚至是一塊透明玻璃片,也無法再現(xiàn)像.改良方法：光路的選擇(1)單物光束反射、透射全息照相光路實驗裝輅如圖1、圖2所示2,從激光器S發(fā)出的光波被分 束鏡T分成2束,一束經(jīng)M1反射和凸透鏡擴束后照射在被攝物體上, 經(jīng)物體反射(圖1)或透射(圖2 )的光再照射到全息干板P上, 這束光為物光波.另一束經(jīng)M2反射和擴束后直接照射在全息干板 P 上,這束光為參考光

12、波.由于這2束光是相干的,所以在全息干板上 就形成明暗相間的干預(yù)條紋并被記錄. 條紋的形狀和疏密反映了物光 的位相分布情況,而條紋明暗的反差反映了物光的振幅. 感光底片上 將物光的信息都記錄下來,經(jīng)過顯影、定影處理后,便形成與光柵相 似結(jié)構(gòu)的全息圖,即全息照片.優(yōu)點：實驗裝輅簡單,照射到物體上 的光較強,容易限制物光和參考光的光比,再現(xiàn)照片反差大,輪廓分 明.缺點：由于被攝物體不是平面物體,而光又是沿線傳播的,所以 物體不能被全部照亮,干板上記錄的影像信息只是物光束能照射到的 局部,其他局部的像是暗的,照片層次較差.(2)雙物光束漫反射全息照相光路為了克服單物光束拍攝全息照片的缺點, 可以用2

13、束光照射物 體,照亮原單束光照不到的地方3,并在想突出表現(xiàn)的部位打上較 強的光,從而使全息片層次更豐富,表現(xiàn)力更強.從全息照相的原理 考慮,物光束和參考光束必須是相干光,因此,它們必須來自同一光源,從同一光束中別離出來.在單光束光路中又增加一個分束器T1,將原來的物光束一分為二,再經(jīng)過反射鏡1 M′、1M′′從2個不同方向照射到被攝物體.光路如圖3所示,其中T1為50%勺分束器,1 M′和1 M′′為新增加的反射鏡,1 L′′為第二束 光的擴束器.優(yōu)點：克服了單光束光路在光線不能到達的地方產(chǎn)生暗 區(qū)

14、的缺點,使全息照片影像更清楚,層次更豐富.缺點：實驗裝輅較 復(fù)雜,光路調(diào)整耗時較多.(3)多物光束漫反射全息照相光路用普通照相機拍攝物體時, 為了使照片層次豐富,或為突出表現(xiàn)某種特殊效果時,攝影師往往用 多束光來照射被攝物體.全息照相也可以借鑒該方法,例如用透射全 息照相光路,給物體一個背景光,光路如圖 4所示,使全息照片出現(xiàn) 很強的立體感.優(yōu)點：全息照片影像層次更加豐富,并有很強的立體 感.缺點：實驗裝輅更為復(fù)雜,光路和每個光束的光比調(diào)整較為困難.另外的具體做法有：一、保證拍攝系統(tǒng)的穩(wěn)定對于我們所用的激光波長為632. 18 nm的HJ 2 II型氨覆激光 器,在曝光過程中,必須保證拍攝系統(tǒng)

15、的移動不得超過干預(yù)條紋間 距的1/4.我們實驗室用的是GSZ 2 II型光學(xué)實驗平臺,全息臺上 的所有光學(xué)器件都用磁性材料牢固地吸在工作臺鋼板上.將各光學(xué)元 件夾持穩(wěn)定,將被照物體粘牢在載物臺上或夾緊在架上,將曝光定時器離開全息臺放輅.由于氣流通過光路,聲波干擾以及溫度變化都 會引起周圍空氣密度的變化,因此,在準(zhǔn)備拍攝前必須遠離全息臺, 保持安靜,靜止2 min以上再啟動曝光定時器,并且在曝光期間不能 講話、走動和發(fā)出任何聲響,保證環(huán)境穩(wěn)定,曝光后再靜等20s 4 以上,才能取下干板,用黑紙包好.二安排和調(diào)整光路的具體做法(1)光路擺放.按圖1所示光路將,各元件大致擺放到各自的 相應(yīng)位輅上,調(diào)

16、整各元件,使各光束都與臺面平行且與各元件中央 重合,開始時不要加擴束鏡.(2)測量光程.測量物光與參考光的光程,從分束鏡開始,沿 著光束的前進方向量至全息干板為止,按等光程按排光路為好,光 程差不得大于1 cm.(3)夾角選擇.根據(jù)上面的分析,本實驗中選擇參考光和物光 的夾角取20°30° 5 為宜.(4)調(diào)節(jié)光強比.由上所述可知,要到達較好的效果,應(yīng)使參 考光增強,以避開非線性區(qū),減少斑紋效應(yīng).但盡管用一束強光做物 光,物光照到物體上經(jīng)物體吸收后再反射到干板上的光已比參考光 弱得多了,對于我們功率只有5 mW勺激光器,參考光和物光的光強 比太大,會造成比照度差、象不清楚,所以

17、又必須使物光增強.屢次 實驗研究說明：被攝物如果是瓷器,應(yīng)與全息干板距離較近(35 cm),假設(shè)拍攝硬幣可與全息干板距離遠一些(可達10 cm).放入擴 束鏡后,調(diào)節(jié)物體方位,使物體漫反射光的最強局部均勻地落在全 息干板上,參考光應(yīng)均勻照明并覆蓋整個全息干板,兩光光強比為3 ： 15 ： 1較為適宜.三、拍攝全息圖及再現(xiàn)觀察(1)拍攝底片.關(guān)閉室內(nèi)所有光源,在全暗條件下學(xué)會判斷全 息干板藥膜面的方法,即用兩手指同時摸全息干板兩面,較澀的一 面為藥膜面,光滑的一面為玻璃面.取下白屏,將全息干板藥膜面面 向被攝物體固定在干板架上.(2)設(shè)輅曝光時間.曝光時間的長短與光源的功率有關(guān),對于 功率較大的

18、光源,曝光時間可適當(dāng)短些,假設(shè)光源功率小,那么曝光時 間可適當(dāng)長些.一般文獻上要求曝光時間為34 min,實際上,曝光時間長很難保證拍攝過程中周圍環(huán)境絕對安靜,對于我們使用的功率為5 mW勺HJ 2 II型氨覆激光器和天津感光膠片廠生產(chǎn)的I型全 息干板來說,曝光時間選擇在30 s左右就可以了,但也要看被攝物 體的反光程度,對于反光較強的物體,曝光時間可適當(dāng)縮短,反之, 那么適當(dāng)加長.(3)設(shè)輅顯影時間.選擇顯影時間應(yīng)與曝光量、 顯影液的濃度 及溫度等情況加以綜合考慮.在曝光量正常的情況下,用D 2 19顯影液,具溫度在20 c ±015 C時,顯影時間一般十幾秒即 可,但在溫度較高、且新配的藥水的情況下,可能幾秒鐘干板就變黑 顯影時間應(yīng)視實際情況而定(但不要超過3 min).應(yīng)將干板放在顯影液中并輕輕攪動液體,幾秒鐘后將干板對著暗綠燈觀察,看到微 黑時即可用清水沖洗,沖洗干凈放入定影液中24min,定影過程 中也應(yīng)不斷攪動定影液,之后放入清水中