大學(xué)物理實驗報告論文

研究報告大學(xué)物理實驗21全息照相的研究論文鄒浩2010045013210工科9班一、全息照相的發(fā)展史和前景全息照相的基本原理是D.Gabor在1948年提出的，他本人因此在1971年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。D.Gabor本來是為了提高電機(jī)顯微鏡的分辨率而提出記錄激光振幅和相位的方法。并制成了世界上第一張全息圖。1960年激光的出現(xiàn)，使全息照相技術(shù)有了迅速而廣泛的發(fā)展。至此，全息技術(shù)的光源問題得到解決，并在多個方面得到應(yīng)用發(fā)展。但激光照射的全息圖失去了色調(diào)信息。經(jīng)過不懈的努力，科學(xué)家們得到了用激光記錄，用白光在現(xiàn)的全息圖。在一定條件下，賦予圖像以鮮艷的色彩。色調(diào)的問題在這一階段得到解決。但是，激光記錄的高度相干性，要求拍攝過程中，各個元件、光源和記錄介質(zhì)的相對位置嚴(yán)格保持不變，著也給全息技術(shù)的應(yīng)用帶來了不便。于是，用白光記錄白光再現(xiàn)的技術(shù)就是科學(xué)家們研究的方向，而且這種全息圖也使全息技術(shù)走出有防震臺的實驗室。全息照相技術(shù)經(jīng)過60年的發(fā)展，已與計算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)以及非線性光學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，成為一種高新技術(shù)，擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、裝飾、包裝、印刷等領(lǐng)域，在一些發(fā)達(dá)國家還興起了全息產(chǎn)業(yè)，并且還在形成廣闊的市場，實用前景非?？捎^。期中在全息存儲、全息顯示、模壓全息和全息干涉計量領(lǐng)域中應(yīng)用的較為廣泛和成熟。二、全息照相和普通照相的區(qū)別無論是從基本原理上，還是從觀察和拍攝方法上全息照相和普通照相都有著本質(zhì)區(qū)別,激光發(fā)出的光被分束器分成兩束，一束經(jīng)過物體被稱為物光，另一束不經(jīng)過物體，稱為參考光。兩束光經(jīng)過同樣的光程，最終都找到記錄媒介的干板上，并且產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，最后成像，且是立體。下圖為幾何透鏡成像原理光路圖。普通照相是用感光材料（如照相底片）作記錄介質(zhì)，用透鏡成像系統(tǒng)（如照相機(jī)）使物體在感光材料上成像。它所記錄的只是來自物體的光波的強(qiáng)度分布圖像，即振幅的信息，而不包括相位的信息。因此普通照相只能攝取二維（平面）圖像。為要同時記錄光波的振幅和相位的信息，可借助于一束相干的參考光，利用物光和參考光的光程差，以確定兩束光波之間的相位差。因此借助參考光，便可記錄來自物體的光波的振幅和相位的信息。

照相技術(shù)是利用了光能引起感光乳膠發(fā)生化學(xué)變化的原理，變化的強(qiáng)度隨入射光強(qiáng)的增大而增大。普通照相使用透鏡成像原理，底片上化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度直接由物體各處的明暗決定，即由入射光波的強(qiáng)度決定。而全息照相不但記錄了入射光波的強(qiáng)度，也記錄了入射光波的相位。

在典型的離軸型全息照相的光路布局中，由激光器發(fā)出的光束被分光鏡B分成兩束光。一束經(jīng)反射鏡M反射后直接投射于全息底片H（一種高分辨率的感光材料）,稱為參考光；另一束則照射物體，從物體反射(或透射)的光，稱為物光。物光和參考光在全息底片上相互干涉的結(jié)果，構(gòu)成一幅非常復(fù)雜而又精細(xì)的干涉條紋圖。這些干涉條紋以其反差和位置的變化，記錄了物光的振幅和相位的信息。全息底片經(jīng)過常規(guī)的顯影和定影處理之后，就成為全息圖。全息圖的外觀和原物體的外形似乎毫無聯(lián)系，但它卻以光學(xué)編碼的形式記錄下物光的全部信。全息再現(xiàn)的方法是：用一束激光照射全息圖，這束激光的頻率和傳輸方向應(yīng)該與參考光束完全一樣，于是就可以再現(xiàn)物體的立體圖像。人從不同角度看，可看到物體不同的側(cè)面,就好像看到真實的物體一樣，只是摸不到真實的物體。全息照相與普通照相比較如下：項目普通照相全息照相成像原理幾何光學(xué)波動光學(xué)記錄光源非相干光相干光記錄信息像的強(qiáng)度分布物光的振幅與相位底片圖樣與物相似與物不相似在線光源非相干光相干光在現(xiàn)像的體視特征平面立體底片破損的效果像不完整像仍完整三、拍攝系統(tǒng)技術(shù)要求為了拍攝合乎要求的全息照片，對拍攝系統(tǒng)有一定的技術(shù)要求。對于光學(xué)系統(tǒng)的要求有特別高的機(jī)械穩(wěn)定性。如果物光和參考光的光程稍有不規(guī)則變化，就會使干涉圖樣模糊不清。即使像平面振動而引起工作平臺的振動，光學(xué)元件及物體不牢固而引起的抖動，強(qiáng)烈聲波振動而引起空氣密度的變化等，都會引起干涉條紋的不規(guī)則漂移而使圖像模糊。曝光過程中，不要走動，不要大聲說話，以保證干涉條紋無漂移。光源必須為相干光源。同時物光和參考光的光程差要符合相關(guān)條件。物光和參考光的光強(qiáng)比要合適，兩束光的光程相等最好，最多不能超過2cm，調(diào)光路時用細(xì)繩量好；兩速光之間的夾角要在30°～60°之間，最好在45°左右，因為夾角小，干涉條紋就稀，這樣對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和感光材料分辨率的要求較低；兩束光的光強(qiáng)比要適當(dāng)，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強(qiáng)比用硅光電池測出。使用高分辨率的全息底片，因為全息照相底片上記錄的是又細(xì)又密的干涉條紋，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50～100個條紋，天津感光膠片廠生產(chǎn)的I型全息干板，其分辨率可達(dá)每毫米3000條，能滿足全息照相的要求。沖洗過程也是很關(guān)鍵的。我們按照配方要求配藥，配出顯影液、停影液、定影液和漂白液。上述幾種藥方都要求用蒸餾水配制，但實驗證明，用純凈的自來水配制，也獲得成功。沖洗過程要在暗室進(jìn)行，藥液千萬不能見光，保持在室溫20℃在右進(jìn)行沖洗，配制一次藥液保管得當(dāng)可使用一個月左右。四、全息照相的應(yīng)用現(xiàn)在全息照相技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用非常廣泛，把一些珍貴文物拍攝下來，展出是可以再現(xiàn)真實的立體實物，供參觀者欣賞，而原物保存完好，防止失竊。在電影領(lǐng)域，自從《阿凡達(dá)》的出現(xiàn)，現(xiàn)在的電影市場已經(jīng)變成了阿凡達(dá)的時代。人們已經(jīng)開始喜歡這種三維立體干所給帶來的真實視覺盛宴。參考文獻(xiàn)1.《大學(xué)物理實驗》人民郵電出版社王紅梅、王宇飛、薛建