全息照相實(shí)驗(yàn)報(bào)告-hologram

首都師范大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)_*****___________組別___E組__________姓名__***___________學(xué)號(hào)_********___________日期__2013.11.6___________指導(dǎo)教師_***________【實(shí)驗(yàn)題目】全息照相【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解全息攝影的基本原理、實(shí)驗(yàn)裝置以及實(shí)驗(yàn)方法；2.掌握激光全息攝影和激光再現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；3.通過觀察全息圖像的再現(xiàn)，弄清全息照片和普通照片的本質(zhì)區(qū)別。【實(shí)驗(yàn)儀器】防震全息臺(tái)，氦—氖激光器，擴(kuò)束透鏡，分束棱鏡（或分束板），反射鏡，毛玻璃屏，調(diào)節(jié)支架，米尺，計(jì)時(shí)器，照相沖洗設(shè)備等?！緦?shí)驗(yàn)原理】全息照相在原理上與普通照相方法完全不同，它所記錄的并不是用光學(xué)方法所形成的物體的像，而是物體光波本身，它利用了干涉原理。全息圖種類很多，有菲涅耳圖、夫瑯和費(fèi)圖、傅立葉變換全息圖、彩虹全息圖、像全息圖、體積全息圖等。不管哪種全息圖都要分成兩步來完成，即用干涉法記錄光波全息圖，稱波前記錄；用衍射原理使原光波波前再現(xiàn)，稱波前再現(xiàn)。1.全息照相的過程物體發(fā)出的包含振幅和位相信息的光可以用下式表示：

(14-1)其中：為振幅，

為位相。普通攝影只能記錄物體光波的振幅信息，而位相信息全部丟失，因此照片沒有立體感。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(14-2)實(shí)際上沒有任何一種感光材料可以直接記錄光波的位相，在全息攝影中我們利用光的干涉原理來記錄光波的振幅和位相信息。如圖14.1所示，激光器L發(fā)出的激光由

圖14.1

全息圖的記錄光路分束鏡BS將光線一分為二，透射光線經(jīng)反射鏡M2反射再經(jīng)過擴(kuò)束后照射在被攝物體上，這束光線稱為物光(O光)；反射光線經(jīng)反射鏡M1反射再經(jīng)過擴(kuò)束后直接照射在感光材料上，因而稱為參考光(R光)；兩束光線在P處相干并形成干涉條紋，這些條紋記錄了物光的所有振幅和位相信息。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：物光為：

參考光為：

兩光相干后總光強(qiáng)為：

(14-3)式（14-3）說明全息圖中包念著物光的振幅和位相信息，它們?nèi)勘挥涗浽诟泄獠牧仙希⒁愿缮鏃l紋的形式表現(xiàn)出來。感光材料（全息干板或膠片）經(jīng)過曝光、顯影和定影后，即可得到一張菲涅耳全息圖。2.全息相片的再現(xiàn)過程：將制作好的全息圖放回原處，遮擋住物光()并取走被攝物體，用原參考光照明，則透過這張全息圖的光強(qiáng)為：

（14-4）式（14-4）中的第二項(xiàng)與原物光光波只相差一個(gè)系數(shù)R，這說明通過全息圖的出射光包含原物光的全部信息。所以我們透過全息圖可以看到在原來放置物體的地方有物體的虛像，就像物體沒有被取走一樣。如圖14.2所示。物體的虛像具有明顯的視差效應(yīng)，當(dāng)人們通過全息圖觀察物體的虛像時(shí)，就像通過一個(gè)“窗口”觀察真實(shí)物體一樣，具有強(qiáng)烈的三維立體感。當(dāng)人眼在全息圖前面左右移動(dòng)或上下移動(dòng)時(shí)，我們可以看到物體的不同部位。即使全息干板破損、變小，但原物光的信息還保存在干涉條紋之中，所以我們通過參考光的照射同樣可以看到物體的虛像，只是大小發(fā)生了變化?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】按圖布置好光路（在某些特殊情況下由實(shí)驗(yàn)室給出）。激激光激激光（2）打開激光器電源開關(guān)，點(diǎn)燃激光，當(dāng)光線強(qiáng)度穩(wěn)定后開始調(diào)整光路：①調(diào)整光束等高；②用自準(zhǔn)直法調(diào)整各光學(xué)元件，使其表面與激光束垂直。（3）調(diào)整分束鏡使物光和參考光的光程基本相等，同時(shí)使兩光束之間的夾角小于（一般可在~之間選擇，角度稍大些為好，這樣再現(xiàn)時(shí)+1級(jí)衍射光和0級(jí)光以及-1級(jí)衍射光可以分得開些，便于觀察虛像），并且使物光和參考光的光強(qiáng)之比在1：2~1：9之間，通常根據(jù)物體表面漫反射的情況來定，一般選擇1：4左右為宜?？捎霉鈴?qiáng)測(cè)量儀在固定全息干板的位置處測(cè)量，也可用毛玻璃放在這一位置,通過目測(cè)來大致判斷物光與參考光的比例。（4）在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡

使物光均勻地照射在被攝物體上，調(diào)節(jié)物體的方位使物體漫反射光的最強(qiáng)部分均勻地照射在白屏上。調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡使參考光均勻地照射在整個(gè)白屏上。這時(shí)物光和參考光在白屏上完全重疊。（5）完全擋住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，換上全息干板，并將藥膜面（手感發(fā)澀）朝著光的方向安裝在全息干板支架上。穩(wěn)定1~2min后開始曝光，曝光時(shí)間可根據(jù)物光和參考光的強(qiáng)度選擇合適的曝光時(shí)間（幾秒到幾十秒）。（6）將曝光后的全息干板在暗室內(nèi)進(jìn)行常規(guī)的顯影、停顯、定影、水洗、干燥等處理，即可得到一張漫反射的三維全息圖。（7）將沖洗好的全息圖放回到干板支架上，拿去被攝物體，擋住物光，用原參考光照明全息圖，在其后面觀察重現(xiàn)的虛像。我們可以看到在原來放置被攝物體的地方有一虛像，人眼上下左右緩慢地移動(dòng)，可以看到物體的各個(gè)部位。將全息圖擋去一部分，觀察虛像有何變化。注意事項(xiàng)曝光時(shí)注意不要碰臺(tái)面?！驹紨?shù)據(jù)】【思考題】全息照相與普通照相的區(qū)別？答：全息照相照出物體的立體感，而普通照相只是平面圖。為什么全息照相的每一碎片都能再現(xiàn)整個(gè)物體？答：全息照相是以光的干涉和衍射等物理光學(xué)理論基礎(chǔ)，借助于參考光和物光的相互作用記錄了包括物光波的振幅和位相的全部信息，記錄介質(zhì)（全息片）上的每個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)是參考光與到達(dá)該點(diǎn)的整個(gè)