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1、全息照相实验的技巧第l7卷第1期2004年3月出版大学物理实验PHYSICALEXPERIMENTOFCOU正GEVo1.17No.1Mmr.20D4文章编号:1007—2934(2004)01—0040—04全息照相实验的技巧秦颖李琦(大连理工大学,大连,116024)(辽宁大学,沈阳,110036)摘要本文简要介绍了全息照相的基本原理,总结了全息照相的基本要素,重点讲述了快速调节全息照相光路的技巧.使学生在实验课有限的时间内,拍摄出理想的全息图,较好地完成实验内容,提高了实验教学质量关键词全息图;光路;调节中围分类号:0438.1文献标识码:A1引言全息照相的基本原理是以光波的干涉和衍
2、射为基础的,1948年物理学家伽伯(D.Gabor)首先提出一种无透镜两步成像法,称做波前再现或全息术,1964年利思(L~fth)等成功地获得三维图象的全息照片.1960年激光器的问世促进了全息术的发展,成为科学技术上一个崭新的领域.激光全息摄影技术正飞速发展,并在干涉计量学,无损检测,信息处理,遥感技术,生物医学,国防工程等科技领域获得广泛的应用.有着广阔的发展前景.全息图记录了物光波的全部信息,再现时可看到一个逼真的三维图象,立体感强.全息图上的每一点都携带有被摄物的全部信息,全息摄影图具有可分割性,分割后的每--/1,块干板都可再现完整的物体象.一张全息干板可重叠摄制多个全息图.如
3、何让没有实验经验的学生,在课堂有限的时间内拍摄出质量较高的全息图.是许多教师在教学中一直探索的问题.在多年的教学实践中.总结出几点简捷调节全息照相光路和提高全息图衍射效率的方法.2全息照相基本原理2.1拍摄机理如图l所示,物体发出(透射或散射)的光波即物光波在全息干板(,y平面)上的光场分布可以用(1)式表示:收稿日期:2003—06—16?———40?-——里!渡荫记囊0(,Y)=Ao(,Y)e一0(?,(1)参考光在此平面上的光场分布用(2)式表示:R(,Y)=AR(,Y)e一'R(?(2)在干板日上物光波与参考光波叠加.产生干涉条纹,它们的和光场分布为:U(,Y)=0(,Y)+R(,
4、y)(3)由于干板只能记录光的强度信息,因此干板上的光强分布为:,(.Y)=IU(,Y)I:ID(,)I2+IR(,,,)I2+D(,)R.(,y)+0(,),)R(,),):A5+A+AeAoe—i(~o-R+AeA0e—i(~R-.(4)等式中A+.4分别为物乐和参考光单独作用在感光板上光的强度;后两项为物光和参考光的干涉项,它取决于物光与参考光的实振幅和位相差.2.2物像再现原理若全息图的振幅透过率为r(,Y),则透过全息图的衍射光波为(,Y)=r(.Y)R(,y)(5)一般在处理全息底片时,采用—E曲线的线性区,则振幅透过率与曝光强度,(.Y)成正比,即r=kI(,Y)(6)于是(
5、,Y)=kI(,Y)R(,Y)=忌(A+A5)Aee_+M0e—.+M0e—i(_一0(7)等式右边第一项是一个被衰减了的再现光束.它基本上不改变原来的传播方向,为零级光波;第二项为一级衍射光,与原来物光波相比,只有振幅差异,它是原物光波的波前再现,是发散的波振面.在原物处形成一个虚象(原始像);第三项为负一级衍射光,与物光的共轭光波0'成比例,它的波振面是会聚的,在虚象的对称位置上形成一个实像(共轭像),见图2.3做好全息照相实验的必要条件做好全息照相除了必备的实验仪器外,更重要的是实验操作,必须注意满足以下条件:H圈2物像再现轭像(1)各光学元件的光轴与全息台平行且等高.(2)两柬光的
6、光程差尽可能接近于零,即参考光束的光程与物光束的光程差要在激光的相干长度内.(3)两柬光在感光底片上相遇时,其夹角一般控制在30~一60~之同.(4)物光束与参考光束的强度比,一般以l:l—l:5为宜:(5)合适的曝光量.一般地,只要满足上面的五个条件,即可拍摄较为理想的全息图.本文将重点叙述这一4l一五个要点的实现方法.4全息照相光路的调节(1)光学兀件的光轴与全息台平行光学元件的光轴与全息台平行即调节分束镜S,反射镜Jllf.和M2的法线与全息台平行.首先必须调节激光器的出射光束与全息台平行,接着使分束镜S的法线转向激光柬的入射方法,同时调节S的俯仰调螺钉,使入射光束与反射光束重合,这
7、样就能保证分柬镜s的法线与全息台面平行.依次按调节分束镜S的步骤分别调节反射镜JlIf.和Jllf.(2)限制光程差的调节先不放扩柬镜将全息光路摆好,如图3所示.以物光光程SM期为基准,调节参考光的光程Ⅳ与其相等.取一根软线使其长度等于物光的光程,即等于折线SM.WH的长度,然后将线的两端分别固定在s,Ⅳ两点,前后移动使其位于线的折点D,折线SDH的长度等于SMlWH的长度.即参考光光程SM2H与物光的光程SMWH大致相
