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《全息照相实验的研究与改进》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、北航物理实验研究性报告全息照相实验的研究与改进第一作者:学号：第二作者学号:摘要本报告对全息照相和全息干涉法实验的原理、仪器、实验步骤进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误羌估算。通过分析实验室条件下误差产生的原因并进行精确计算，探究如何更好地完成本实验，使之呈现更加清晰的图像以及提高精度的方法，从而达到全面并且深入了解全息照相实验的口的。•、实验目的1、了解全息照相的基木原理，熟悉反射式全息照相与透射式全息照和的基本技术和方法；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，并以此测定铝板的弹性模量；4、通过
2、全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基础知识。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和信息，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。下面分别讨论透射式和反射式全息照相的工作原理。(1)透射式全息照相将干板垂
3、直于纸面放置，两书相干平行光。、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光屮的两条光线1、2与r光屮的两条光线1'和2'在A、0两点相遇并相干，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1’与2'Z间光程羌为dsin©,光线1与2Z间的光程羌为dsin%,又由于光线2与2'等光程,所以光线1与1’间的光程差为d(sin
4、©
5、+sin
6、久
7、),综上所述，所得干涉条纹间距为:sin(po-sin(pr(1)图1图2而在通常情况卜，物光与参考光都是发散球面波，将感光板至于直角坐标系OX
8、Y平面上，如图2,物光光线1、2与参考光线1'、2'。在A、0网点处相遇并相干。在A、0两点附近微小区域，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:d=(2)sm(p()o一sin(pr()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)射角为止，则光栅方程为：d(sin0-sincp)=kA,(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
9、再现。反射式全息照相利用相干光记录全息图，但可以用“口光”照明得到再现像。因此，肉眼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止反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Z间的夹角接近于180°,故两相邻干涉面间的距离近似为：2sin(180°/2)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层干涉而（布拉格而）,因而全息图是一个具有三维结构的衍射
10、物体，再现光在这三维物体上的衍射极大值必须满足卜•列条件：①光从衍射面上反射吋，反射角等于入射角；②相邻两干涉层Z间的反射光光程差必须是兄，如图3,可得布拉格条件：式屮n是感光板的折射率。2.两次曝光法测定金属的弹性模量:两次曝光法干涉图要求在同一记录介质上制作两个全息图，它将物体在两次曝光之间的形状改变永久地记录下来。在材料力学中，自由端受到集中载荷行作用的悬臂梁的在中心线沿着y方向位移量按照挠度变形分布理论为：Fx2dy=^-（3L-x）（6）6EJ式中L为梁的长度，E为材料的弹性模量，J为横截面的惯性矩，x为待测点位置坐标。按照图4所示的光路图（L为
11、扩束镜，H为干板）组装实验仪器，第一次曝光记录下悬臂梁原始状态的全息图，第二次曝光记录下加力后悬臂梁的全息图，再现时，两个状态的波前同时复现并发生干涉，得到一簇等光程差的干涉条纹，如图5,由图知，A点与变形后A点发出的光波之间的光程差为:由干涉原理，明纹与暗纹处的位移量分别为:dy=(2k~1)2(暗纹)(9)COSQ+COS0将式(8)与式(6)联立，变形可得弹性模量的表达式：px2E=———(3L-x)(cosa+cosp)(10)6Jka式中八右加b为梁的宽度,h为梁的厚度,所以:2F,x2E=——(3厶一x)(cosq+cos0)(11)k入bh'
12、暗纹处为：2F.x2E=(3厶一x)(cosq+cos0)(12)
