信息光学实验讲义(2011年版)

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1、信息光学实验实验讲义华南师范大学信息光电子科技学院II-16信息光学实验目录实验一、透射型全息图的拍摄与再现II-3实验二、像全息图的拍摄与再现II-9实验三、阿贝—波特成像及空间滤波II-12实验四、调制实验II-16II-16全息照相又称全息术，是英国科学家Gabor1947年为提高电子显微镜的分辨率提出并实现的物理思想。由于需要相干性良好的光源，直至60年代初激光的出现和Leith、Upatnieks提出离轴全息术后，全息术的研究才进入了实用和昌盛的研究阶段，成为现代光学的一个重要分支。Gabor因提出全息术的思想而获得1971年诺贝尔物理学奖。全息术是利用光的干涉，将物体

2、发出的光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下，用光的衍射原理使其再现。由于用干涉方法记录下的是物体明暗、远近和颜色的全部信息，可以形成与原物体逼真的三维图像，因此称为全息术或全息照相。经过科学家们近40年的努力，全息术在技术和记录材料方面都有了快速的发展。在应用方面，全息术不仅作为一种显示技术得到了很大的发展，而且在信息存贮和处理、检测、计量、防伪、光学图像实时处理、光学海量存贮、光计算和制作有特殊功能的全息光学元件等方面都有广泛的应用。实验一、透射型全息图的拍摄与再现一、实验目的1.学习和掌握透射型全息照相的基本原理；2.通过实验了解和掌握透射型全息照相基本技术；3.了解

3、和掌握透射型全息图的激光再现方法；4.通过实验了解全息照相的特点；5.进一步加深对光波复振幅、波前及共轭光波的理解。二、实验仪器和实验材料1.防振平台，2.氦—氖激光器，3.分束镜、反射镜、扩束镜、支架、干板夹等，4.全息干板，5.显影、定影液及显影、定影器具。II-16一、实验原理全息照相的基本原理包括记录和再现两个过程。记录过程应用光的干涉原理，记录下来的干涉图样称为全息图。再现过程应用的是光的衍射原理，衍射过程中所形成的像称为再现像。下面我们分别讲述。光产生干涉的基本条件是有两束或两束以上的相干光波在空间叠加。在全息照相中，把全息照相干板或其它记录介质，放在物体光波与参考光

4、波干涉场中的某一截面内，经曝光、显影处理后，所记录的干涉图样形成全息图。HNM1M2SPL1L2Obj物光H参考光S图1.透射型全息图拍摄光路示意图HN—氦氖激光器S—快门SP—分束镜M1、M2—反射镜H—全息干板L1、L2—扩束镜Obj—被拍摄物体如图1所示，在透射型全息图的拍摄中，从氦氖激光器发出的激光束被分束镜SP分为两束。一束经反射镜M1反射、L1扩束后直接照射到全息干板H上，称为参考光R；另一束经M2反射、L2扩束后照射到被拍摄物体Obj上，被物体漫射后也到达全息干板H上，称为物光O。由于物光和参考光都来自同一光源，激光又具有较好的时间和空间相干性，在一定的实验条件下，

5、二者都有固定的位相分布，叠加后可以形成稳定的干涉场，其中位于全息干板H截面内的干涉图样被记录下来成为全息图。将曝光后的全息图底片经显影定影后，用原参考光束照明，就可得到清晰的原物体的像。这个过程称为全息图的再现，如图2所示。在再现过程中，全息图将重现光衍射而产生表征原始物光波前特性的所有光学现象，即使原来的物体已经拿走，它仍可以重现原来物体的像，其效果就和观察原物一样，看到的是原物体真实的三维像，有逼真的视差效应和景深效应。即当我们改变观察的方向时，可以看到II-16被前面的物体遮挡的部位；看不同距离的物体眼睛要重新聚焦。如果用原参考光的共轭光来照明再现时，可在原位看到原来物体的

6、实像，如图3所示。再现光图2.全息图原始像的再现原始像再现光图3.全息图的共轭像再现共轭像一、实验步骤和要求4.1透射型全息图的拍摄a.在认真预习的基础上，对实验仪器设备作仔细观察和熟悉性调整；b.等高和同轴调节：在靠近激光器处使激光通过光阑，将光阑移动到距离激光器足够远处，调节激光器支架上的仰俯倾斜调节螺钉使激光通过光阑，几次重复后使激光束与平台台面基本平行；将需要使用的支架都以激光束为基准调为等高，支架上有光学元件的，让激光束照射到光学元件的中心，然后通过调节支架上的左右和仰俯调节螺钉使其反射的光束的中心与激光器输出口等高；c.按照图4的光路图初步安排好各光学元件、支架和物体

7、的位置，其中全息干板位置先用白屏代替；表1.实验装置图中的序号说明1：He-Ne激光器2：激光器架（SZ-42）3：升降调节座（SZ-03）4：三维调节座（SZ-01）5：分束器6：干版架（SZ-12）7：二维架（SZ-07）8：平面镜M19：二维平移底座（SZ-02）10：二维平移底座（SZ-02）11：扩束器（f，=4.5mm）12：二维架（SZ-07）13：二维干版架（SZ-18）14：全息干版15：三维平移底座（SZ-01）16：拍摄物体II-1617：载物台（SZ-20