什么是全息光柵透射光柵

1、什么是全息光柵透射光柵主要內(nèi)容主要內(nèi)容l全息光柵、白光全息全息光柵、白光全息l自主設(shè)計性全息實驗（三維全息、像面全息）自主設(shè)計性全息實驗（三維全息、像面全息） 1：根據(jù)實驗室現(xiàn)有光學(xué)元件設(shè)計實驗 2：根據(jù)提供的全息實驗光路進(jìn)行設(shè)計實驗l光學(xué)元件：光學(xué)元件： 全反鏡、分束鏡、凸透鏡、凹面鏡、擴(kuò)束鏡全反鏡、分束鏡、凸透鏡、凹面鏡、擴(kuò)束鏡 偏振片、狹縫偏振片、狹縫 溴化銀薄膜型干板 紅外光敏性聚合物薄膜干板全息術(shù)的概念全息術(shù)的概念l全息照相原理是全息照相原理是1948年年Dennis Gabor 為了提高電子顯微鏡的分辨本為了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)而提出的。領(lǐng)而提出的?！叭⑷ⅰ笔侵肝矬w發(fā)出的光

2、波的全部信息：既包括波長是指物體發(fā)出的光波的全部信息：既包括波長（顏色）、振幅（光強）和相位（物點的位置）。（顏色）、振幅（光強）和相位（物點的位置）。l全息照相術(shù)是利用干涉和衍射的原理將物體發(fā)射的光波以干涉條紋的全息照相術(shù)是利用干涉和衍射的原理將物體發(fā)射的光波以干涉條紋的形式記錄下來，再在一定的條件下再現(xiàn)，形成與原物體完全相似的空形式記錄下來，再在一定的條件下再現(xiàn)，形成與原物體完全相似的空間像。又由于全息照相不但記錄了入射光波的強度，也記錄了入射光間像。又由于全息照相不但記錄了入射光波的強度，也記錄了入射光波的相位，像十分逼真并具有立體效果。波的相位，像十分逼真并具有立體效果。l全息照片就是

3、一種記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息的先全息照片就是一種記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息的先進(jìn)照相技術(shù)。全息照片不用一般的照相機，而要用一臺激光器。激光進(jìn)照相技術(shù)。全息照片不用一般的照相機，而要用一臺激光器。激光束用分光鏡一分為二，其中一束照到被拍攝的景物上。另一束直接照束用分光鏡一分為二，其中一束照到被拍攝的景物上。另一束直接照到感光膠片即全息干板上。當(dāng)光束被物體反射后，其反射光束也照射到感光膠片即全息干板上。當(dāng)光束被物體反射后，其反射光束也照射在膠片上，就完成了全息照相的攝制過程。在膠片上，就完成了全息照相的攝制過程。全息術(shù)簡介全息術(shù)簡介l1948年Gabor提出了全息術(shù)的

4、概念， 1971年獲得諾貝爾物理學(xué)獎l1960年Maiman研制成功了紅寶石激 光器，激光器的誕生使得全息術(shù)迅速發(fā)展l1961年Javan等研制成功氦氖激光器l1962年Leith和Uptnieks提出了離軸全息圖，全息術(shù)進(jìn)入全面發(fā)展階段l近60年來，全息術(shù)的研究日趨深入，已成為近代光學(xué)的一個重要分支Dennis Gabor全息照相過程分記錄、再現(xiàn)兩步，它是以干涉、全息照相過程分記錄、再現(xiàn)兩步，它是以干涉、衍射等波動光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。衍射等波動光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。全息照相與普通照相的區(qū)別全息照相與普通照相的區(qū)別普通照相過程是以幾何光學(xué)的普通照相過程是以幾何光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。規(guī)律為基礎(chǔ)的。全

5、息圖所記錄的是物體各點的全部光信息，包全息圖所記錄的是物體各點的全部光信息，包括振幅和相位。括振幅和相位。普通照相底片記錄的僅是物體普通照相底片記錄的僅是物體各點的光強（或振幅）。各點的光強（或振幅）。全息照相過程中物體與底片之間是點面對應(yīng)的全息照相過程中物體與底片之間是點面對應(yīng)的關(guān)系，即每個物點所發(fā)射的光束直接落在記錄關(guān)系，即每個物點所發(fā)射的光束直接落在記錄介質(zhì)整個平面上。反過來說，全息圖中每一個介質(zhì)整個平面上。反過來說，全息圖中每一個局部都包含了物體各點的光信息。局部都包含了物體各點的光信息。普通照相過程中物像之間是點普通照相過程中物像之間是點點對應(yīng)的關(guān)系，即一個物點對點對應(yīng)的關(guān)系，即一個

6、物點對應(yīng)像平面中的一個像點。應(yīng)像平面中的一個像點。 全息圖能完全再現(xiàn)原物的波前，因而能觀察全息圖能完全再現(xiàn)原物的波前，因而能觀察到一幅非常逼真的立體圖像。到一幅非常逼真的立體圖像。全息照相是干涉全息照相是干涉,因此要求光源有很高的相干因此要求光源有很高的相干性。光源的相干長度越大、波前上相干區(qū)越大，性。光源的相干長度越大、波前上相干區(qū)越大，就能越有效地實現(xiàn)全息照相。就能越有效地實現(xiàn)全息照相。普通照相得到的只能是二維的普通照相得到的只能是二維的平面圖像。平面圖像。普通照相只是像的強度記錄，普通照相只是像的強度記錄，并不要求光源的相干性，用普并不要求光源的相干性，用普通光源就可以了。通光源就可以了

7、。全息照相特點全息照相特點l三維立體性三維立體性l可分割性可分割性l可重復(fù)記錄，同一張底片可多次曝光，重可重復(fù)記錄，同一張底片可多次曝光，重疊許多像疊許多像l顯微性顯微性l保密性和防偽性保密性和防偽性l易于復(fù)制易于復(fù)制全息的種類和應(yīng)用全息的種類和應(yīng)用全息圖的基本類型全息圖的基本類型1.1.同軸全息圖同軸全息圖 2.2.離軸全息圖離軸全息圖 3.3.菲涅耳全息圖菲涅耳全息圖 4.4.傅里葉變換全息圖傅里葉變換全息圖5.5.像全息圖像全息圖 6.6.彩虹全息圖彩虹全息圖 7.7.體積全息圖體積全息圖全息照相的應(yīng)用全息照相的應(yīng)用1.1.全息顯示全息顯示 2.2.模壓全息模壓全息3 3. .全息光學(xué)元

8、件全息光學(xué)元件 4.4.全息干涉計量全息干涉計量 5.5.全息信息存儲全息信息存儲6.6.全息防偽全息防偽7.7.生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)8.8.無損檢驗與探傷無損檢驗與探傷 全息顯微術(shù)、超聲全息術(shù)、全息存儲術(shù)全息顯微術(shù)、超聲全息術(shù)、全息存儲術(shù)全息技術(shù)全息技術(shù)實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康膌了解全息照相術(shù)的基本原理了解全息照相術(shù)的基本原理l學(xué)習(xí)并掌握全息照相的基本實驗技術(shù)及方法學(xué)習(xí)并掌握全息照相的基本實驗技術(shù)及方法l觀察和分析全息照相的成像特性觀察和分析全息照相的成像特性1.了解再現(xiàn)物像全息的性質(zhì)和方法了解再現(xiàn)物像全息的性質(zhì)和方法重點：全息照相的基本原理重點：全息照相的基本原理難點：全息照相實驗中光路的調(diào)節(jié)難點：全

9、息照相實驗中光路的調(diào)節(jié) 實驗儀器實驗儀器n He-Ne激光器（632.8 nm）或半導(dǎo)體激光器650 nm n 全息實驗平臺及其光學(xué)附件（分束鏡、全反射鏡、擴(kuò)束鏡） 洗相設(shè)備（顯影液、定影液）n 皮尺，量角器，直尺實驗原理實驗原理波前記錄光的干涉波前記錄光的干涉波前再現(xiàn)光的衍射波前再現(xiàn)光的衍射波前再現(xiàn)波前記錄共軛實像pp原始虛像物O*OORRss2)(ROMAAI2)(ROmAAIsin21kkyyd條件條件足夠的相干長度足夠的相干長度良好的防震措施良好的防震措施合理的光路排列合理的光路排列適當(dāng)?shù)母砂逄幚磉m當(dāng)?shù)母砂逄幚鞥E COSt 02()振振 幅幅相相 位位= 物體信息物體信息光柵是由大量

10、等寬、等間距的平行狹縫光柵是由大量等寬、等間距的平行狹縫(或反或反射面射面)構(gòu)成的光學(xué)元件。實際的光柵根據(jù)工作原理構(gòu)成的光學(xué)元件。實際的光柵根據(jù)工作原理可分為兩種：透射光柵和反射光柵?？煞譃閮煞N：透射光柵和反射光柵。什么是光柵？什么是全息光柵？什么是光柵？什么是全息光柵？透射光柵透射光柵 (衍射光柵衍射光柵)反射光柵反射光柵 (閃耀光柵閃耀光柵) 根據(jù)制作方法可分為：機制光柵和全息光柵根據(jù)制作方法可分為：機制光柵和全息光柵機制光柵：在玻璃片上機制光柵：在玻璃片上刻劃出一系列平行等距刻劃出一系列平行等距的劃痕的劃痕,刻過的地方不透刻過的地方不透光，未刻的地方透光光，未刻的地方透光 全息光柵：通過

11、全息照相，將激光全息光柵：通過全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵。通常在顯影定影制成全息光柵。通常在 1 cm 內(nèi)刻有成千上萬條透光狹縫，內(nèi)刻有成千上萬條透光狹縫，相當(dāng)于多光束干涉，光柵形成的光相當(dāng)于多光束干涉，光柵形成的光譜線尖銳、明亮。譜線尖銳、明亮。 全息光柵光路圖全息光柵光路圖激光器激光器50%分束鏡分束鏡全反射鏡全反射鏡全反射鏡全反射鏡擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡全息干板全息干板物光和參考光的光程基本上相等物光和參考光的光程基本上相等調(diào)節(jié)物體位置，使物光與參考光夾角小于調(diào)節(jié)物體位置，使物光與參考光夾角小于4 40光光 闌闌0R

12、0ORORxx111=x-llll 1 1 光路調(diào)節(jié)光路調(diào)節(jié) （1）激光經(jīng)分束后，物光與參考光光束高度基本相同且光程大致相等。 物光光程：分束鏡反射鏡擴(kuò)束鏡被攝物感光片； 參考光光程：分束鏡反射鏡擴(kuò)束鏡感光片。 （2）物光與參考光的夾角 （3）感光片位置，物光與參考光的光強比 判斷方法：遮擋物光，看光強有無變化，有變化即可2 2 曝光曝光 關(guān)上照明燈，確定曝光時間，調(diào)好曝光計時器?？梢韵染毩?xí)快門使 用，曝光時間與光強大小、顯影溫度有關(guān)，穩(wěn)定1 min，曝光時間一 般6-15 s3 3 干板的沖洗干板的沖洗4 4 全息圖再現(xiàn)全息圖再現(xiàn) 實驗步驟實驗步驟全息光柵的干板沖洗全息光柵的干板沖洗在照相暗

13、室中，可在暗綠燈下操作，整個過程在照相暗室中，可在暗綠燈下操作，整個過程不能用手觸摸全息干版的表面。不能用手觸摸全息干版的表面。10s-3min，視溫度和顯，視溫度和顯影液（影液（D-19）濃度而定）濃度而定在暗綠燈下觀察出現(xiàn)在暗綠燈下觀察出現(xiàn)黑色斑紋即可黑色斑紋即可F-5定影液定影液 5-10min水洗水洗冷風(fēng)冷風(fēng)三維全息術(shù)光路圖三維全息術(shù)光路圖激激光光器器光光闌闌擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡反射鏡反射鏡感光片感光片反射鏡反射鏡分束鏡分束鏡被攝物體被攝物體物光物光O 95%參考光參考光R 5%物光和參考光的光程基本上相等，光程差物光和參考光的光程基本上相等，光程差0.5 3 cm 以內(nèi)。以內(nèi)。調(diào)

14、節(jié)物體位置，使物光與參考光夾角在調(diào)節(jié)物體位置，使物光與參考光夾角在3090之間之間。調(diào)節(jié)參考光與物光的光強比一般控制在調(diào)節(jié)參考光與物光的光強比一般控制在3:110:1調(diào)整好干板角度，固定干板架。干板表面法線近似為參考光和物光的角平分線，干板和物的調(diào)整好干板角度，固定干板架。干板表面法線近似為參考光和物光的角平分線，干板和物的距離小于等于距離小于等于10 cm體積全息（白光全息）光路圖體積全息（白光全息）光路圖乳乳 膠膠激光器激光器擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡物物 體體光光 闌闌1 光路調(diào)節(jié)：按照上圖布置光學(xué)元件，調(diào)節(jié)光學(xué)元件 的螺絲，使通光中心基本等高2 白板代替干板，調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡的位置，使擴(kuò)束后的光 束均勻照

15、射在白板上，調(diào)整物體使反射光束能夠完 全照在白板上3 曝光：打開曝光定時器，設(shè)定曝光時間，裝上膠 板，穩(wěn)定1分鐘后，曝光時間8-30s4 干板的沖洗5 全息圖再現(xiàn) 實驗步驟實驗步驟白光全息干板沖洗白光全息干板沖洗l在蒸餾水中靜置10-30sl在濃度40%的異丙醇中脫水60sl在濃度60%的異丙醇中脫水60sl在濃度80%的異丙醇中脫水15sl在濃度100%的異丙醇中脫水，直至出現(xiàn)清晰、明亮的紅色或黃綠色圖像為止l取出干板，迅速用吹風(fēng)機快速吹干直到全息圖像變?yōu)榻瘘S色清晰、明亮圖像為止（對反射全息圖）l封裝物像的再現(xiàn)和觀察物像的再現(xiàn)和觀察（1 1）、再現(xiàn)像虛的觀察）、再現(xiàn)像虛的觀察擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡全息

16、干板全息干板實實 像像虛虛 像像觀察者觀察者再現(xiàn)光路圖再現(xiàn)光路圖再現(xiàn)虛像再現(xiàn)虛像激光像平面全息拍攝光路激光像平面全息拍攝光路細(xì)激光束細(xì)激光束全息干板全息干板實像實像（3 3）、用一張帶有小孔的紙片貼近全息相片，人眼通過小孔觀察）、用一張帶有小孔的紙片貼近全息相片，人眼通過小孔觀察虛像，改變小孔的位置做同樣觀察，記錄觀察結(jié)果。虛像，改變小孔的位置做同樣觀察，記錄觀察結(jié)果。（2 2）、觀察的實像情況）、觀察的實像情況【注意事項注意事項】趣味全息圖趣味全息圖“mask”為彩色反射全息圖為彩色反射全息圖 “Fish”為單色反射全息圖為單色反射全息圖 panda為彩虹全息圖為彩虹全息圖 全息激光防偽標(biāo)簽

17、，已經(jīng)是一個很大的產(chǎn)業(yè)全息激光防偽標(biāo)簽，已經(jīng)是一個很大的產(chǎn)業(yè) l面額：面額：20英鎊英鎊 國家：英國國家：英國 最新版最新版20英鎊面值的鈔票有一個顯著的全息條。一旦將鈔票英鎊面值的鈔票有一個顯著的全息條。一旦將鈔票傾斜，全息傾斜，全息條上的圖像能在英鎊標(biāo)志和數(shù)字條上的圖像能在英鎊標(biāo)志和數(shù)字20之間來回轉(zhuǎn)換。之間來回轉(zhuǎn)換。 世界上最難偽造的鈔票世界上最難偽造的鈔票 彩虹全息圖彩虹全息圖彩虹全息圖彩虹全息圖彩虹透射全息圖彩虹透射全息圖錢幣上的彩虹全息圖錢幣上的彩虹全息圖黃鶴樓黃鶴樓-全息工藝圖全息工藝圖 全息圖全息圖-花前月下花前月下全息圖全息圖-根根思考題思考題 l1.全息照相與普通照相有什么

18、不同？l2.全息照相的主要特點是什么？l3.要盡量讓物光和參考光的光程相等，其目的是什么？l4.為什么全息照片的每一碎片都能使整個物體再現(xiàn)？l5.為什么要盡量要把物光和參考光的夾角取小一些？l6.為什么參考光的強度必須比物光強？l7.怎樣才能獲得理想的全息照片?l8.全息照片上干涉條紋的間距有什么決定？條紋明暗由什么決定？條紋的反差由什么決定？l9.全息相片的主要特點是什么？l10.為什么全息的記錄介質(zhì)要采用高分辨率的感光材料？l11.全息技術(shù)有哪些重要的應(yīng)用？l12.全息照相過程的注意事項是什么？思考題思考題l13.能否用白光實現(xiàn)全息圖像存儲？為什么？l14.拍攝全息照相必須具備哪些基本條件？拍攝一張好的全息圖的關(guān)鍵是什么？l15.如何判斷全息圖拍攝成功，干涉條紋的亮暗對比和疏密程度反映了什么？l16.如何觀察再現(xiàn)的物像，擴(kuò)束的