北航物理实验研究性报告全息照相与全息干涉法的应用

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1、北京航空航天大学基础物理实验研究性报告北航物理实验研究性报告全息照相与全息干涉法的应用实验之误差分析及实验改进第一作者：王慧疆学号：13XXXXXX第二作者：JIANGYOU学号：13XXXXXX19北京航空航天大学基础物理实验研究性报告摘要全息照相是一种利用相干光得到包括物光波前的振幅、位相在内的物体全部信息的二维成像技术。它借助一束相干参考光，通过拍摄物光与参考光的干涉条纹，间接记录下物光的振幅与位相信息，然后通过使照明光按一定方向照射到全息图上，利用全息图的衍射，可以再现物体的立体像。全息干涉法是全息照相的重要应用，例如本实验中的二次曝光法，采

2、用同一束光，在不同时间内对同一干板重复曝光，若物体有微小位移，则两次曝光后会形成携带有物体表面信息的干涉条纹。本实验报告针对全息照相和全系干涉法实验的实验原理、实验仪器以及实验步骤进行了介绍，并对实验的数据进行了记录与处理。分析了在实验室条件下误差的来源，并且进行精确计算，对本实验的误差来源提出实验改进，从而获得更好的实验效果和更精确的实验数据。最后是实验者本人的实验收获以及感想。19北京航空航天大学基础物理实验研究性报告目录一、实验目的4二、实验原理41、全息照相4（1）透射式全息照相4（2）反射式全息照相52．两次曝光法测定金属的弹性模量6三、实

3、验仪器8四、实验步骤91、全息照片的拍摄和全息像的再现9（1）反射式全息照相9（2）冲洗底板9（3）再现像的观察102、二次曝光法测定铝板的杨氏模量10五、数据记录与处理101、原始数据记录102、数据处理10六、结果分析及实验改进121、误差分析122、改进建议15七、总结体会17八、参考资料18九、原始数据（照片）1919北京航空航天大学基础物理实验研究性报告一、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与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、学习用二次曝光法进行全息干涉测量，并以此测定

4、铝板的弹性模量；4、通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基础知识。二、实验原理1、全息照相全息照相所记录的是包括物光波前的振幅和位相在内的全部信息。该技术借助一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光之间的干涉条纹，间接记录下物光的振幅和位相信息，然后使照明光按一定方向照射到全息图上，通过全息图的衍射再现物光波前，这时人眼便能看到物体的立体像。根据记录光路的不同，全息照相又分为透射式全息和反射式全息，若物光和参考光位于记录介质（干板）的同侧，则称为透射全息；若物光和参考光位于记录介质的异侧，则称为反射全息。（1）透射式全息照相将干板垂直于纸面放置，

5、两书相干平行光o、r按照图1所示方向入射到感光板上，他们与感光板法向夹角分别为和，并且o光中的两条光线1、2与r光中的两条光线和在A、O两点相遇并相干，于是在垂直于纸面方向产生平行的明暗相间的干涉条纹，亦即在感光板上形成一个光栅。如图1，光线与之间光程差为，光线1与2之间的光程差为，又由于光线2与等光程，所以光线1与间的光程差为，综上所述，所得干涉条纹间距为：19北京航空航天大学基础物理实验研究性报告（1）图1两束平行光的干涉图1单色球面波的干涉记录而在通常情况下，物光与参考光都是发散球面波，将感光板至于直角坐标系OXY平面上，如图2，物光光线1、2

6、与参考光线、。在A、O两点处相遇并相干。在A、O两点附近微小区域，可将这些光线视为一束微小的平行光，两束光在感光板上相遇并干涉，形成与Y轴方向平行的，间距为d的明暗条纹，结合式（1）有：（2）而干涉形成的全息图是以干涉条纹形式记录的物光波，相当于一块有复杂光栅结构的衍射屏，以光栅发现为基准，逆时针转至入（衍）射光线的入（衍）射角为正，则光栅方程为：（3）所以，让与参考光r完全相同的再现光照射到全息图上，就会在原物处看到与其等大的三维像，实现全息像的再现。（2）反射式全息照相反射式全息照相利用相干光记录全息图，但可以用“白光”照明得到再现像。因此，肉眼

7、可以再室内可见光环境中方便地看到原物的虚像，本实验也采用此方法再现全息像,也是用该方法进行二次曝光法测量。物光与参考光从底片的正反19北京航空航天大学基础物理实验研究性报告两面分别引入并在底片介质中形成驻波，在平板乳胶面中形成平行于乳胶面的多层干涉面，由于物光与参考光之间的夹角接近于，故两相邻干涉面间的距离近似为：(4)用632.8nm的激光作为光源时，这一距离约为0,。32微米，会在厚度约为25微米的光致聚合物底板上形成约60—80层干涉面（布拉格面），因而全息图是一个具有三维结构的衍射物体，再现光在这三维物体上的衍射极大值必须满足下列条件：光从衍

8、射面上反射时，反射角等于入射角；相邻两干涉层之间的反射光光程差必须是，如图3，可得布拉格条件：（5）式中n是