全息光学实验技术基础(实验班全息实验)

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1、全息光学实验技术基础实验教学n的>掌握光学平台上进行全息实验记录、再现的基本原理与光路设计方法;>掌握全息干板的处理技术；>掌握全息透镜基木参数的测试；实践训练主要內界>光学平台及主要附件的功能应用训练：>光学功能元器件的选择及规范使用训练；>全息成像记录的基木光路设计方法；>光束的扩束、准K、平行、分光等调试技术；>掌握马赫曾徳尔干涉系统的设计穴法。实验要点与难点>光学系统共轴调试方法；>全息记录光路的设计与实现；>全息透镜参数的测试。实验学时：3学时同轴全息透镜【实验目的】1.掌掘hd轴全息透镜的制作原理

2、和方法；2.观察M轴令息透镜的结构和成像特性，分析伞息透镜勾咎通透镜的兄M点，巩固有关冏轴全息透镜的基本理论。【实验光路】图9-19M轴全息透镜制作光路阁MrM4-反射镜；BSbBSr分光朿；La-He-Ne激光器；U-扩朿镜；Lc-准直透镜；SF-针孔滤波器；K-光电开关；L•透镜；P（H）-光屏（全息干板）。【实验原理】同轴全息透镜实质上是一组透光与不透光相叫的同心圆条纹，类似于菲涅尔波带板。由于它是用全息照相的方法制作的，通常乂称为全息波带片。制作同轴全息透镜的光路如阉9-19所示。细激光束经扩束镜U、

3、针孔滤波器SF和准直透镜L,变成一束平行光，平行光束经过分束镜BS,成两束；一束透过BS,经反射镜M2和分束镜BS2后到达光屏P上;另一束由BS1反射的光束，经反射镜％反射后，通过透镜L会聚于A点，然后再发散照射到光屏P上。前者是一束平而光波，后者相当于山点光源A发出的球而光波，二者的光轴重合。这时，在光屏P上可以得到明暗相闽的同心圆条纹，其亮环半径是整数，A波长，/^，是A点到全息丁•板的距离，即全息透镜的焦距。条纹间距=为径向來标，可见条纹分布为中心疏、边沿密。为观察这些条纹，可在光屏Pfi•用放人镜观察

4、，或将光屏移至远处观察。在P处放置全息干板H记录下这些干涉条纹，经显影、定影等常规暗室处理即制得了同轴全息透镜。将得到的同轴全息透镜放回原位，挡去球ifii光波（即光束I），只让平側光波（即光朿II）照射全息透镜，则将再现出球而波。在全息透镜P面观察，除了能看见平行光透过的0级衍射分M外，还能观察到±1级衍射分M。-1级衍射分量构成一发散的球而波，其球心在A点。这表明同轴全息透镜的作用相当于一个門透镜，其焦跑等于A点至全息透镜的跑离。土级衍射分量构成一个会聚的球而波，会聚子A'点。这表明平行光束经过透镜时能得

5、到一束会聚光，因此其作川乂相当于一个凸透镜，焦距等于，点到全息透镜的距离。A点和A’点对称地分居于伞息透镜的前后两边，二点至全息透镜的距离相等，W而全息透镜的W个焦距相等。全息透镜具奋与普通透镜类似的一些性质：1）伞息透镜具有与正透镜类似的聚焦特性。平行光透过企息透镜时能得到一会聚球而波，会聚点即它的焦点。焦点至全息透镜的SL离即为它的焦距。成当注意：全息透镜的焦距一般丼不等于制作吋形成球面波的透镜L的焦距。它只取决于光束会聚点A至全总干板的距离，而这个距离在实验屮是可以调节的。2）全息透镜也具有成像作用，其

6、成像规律与普通透镜一致。例如，当发光物体位于全息透镜2倍焦距之外吋，可在全总透镜后面1倍到2倍焦距之间得到物体的倒立、缩小的实像；当物体4:金息透镜的2倍到1倍焦距之间时，可迕全息透镜后而2倍焦距之外得到一个放大的倒立的实像；若物体在1倍焦距之内，则在全息透镜的后面可以肴到•一个放人的正立的虚像出现在物体的同一侧。全息透镜也有一些与咎通透镜完全不M的特性：①由于正弦型溥全息阁总是同时存在±1级衍射，M—个企息透镜既相当于一个正透镜，同吋乂相当于一个负透镜。冈此，同轴全息透镜在成像吋，既奋类似于正透镜所成的像,

7、同吋也奋类似丁•负透镜所成的像。而普通透镜要么足正透镜，要么足负透镜，不能两者兼楚。这一差异可以从比较两者的透镜系数公式屮看出。设正弦型同轴全息透镜的像方焦距为fH，则其透镜系数为.222,2=r0+txexp(-y々-~~^―)+r!exp(y々X)2/"2/"(9-23)(9-24)而卉通薄透镜的投射系数为tl=exp(-y々比较可知，一个正弦型同轴全息透镜的作用与一块平板玻璃、一个正透镜和一个负透镜的作用相当。思考题9-8:全息透镜为什么能像普通透镜那样完成成像的功能？它与普通透镜及菲浞尔波带板比较，在

8、成像性质方面冇何异同？试分析之。②对于非线性记录的薄全息透镜，再现时除了±1级衍射外,还同时柯窈次衍射，如±2级、±3级等衍射，因而全息透镜存在多秉成像。但普通透镜是不存在这种性质的。思考题9-9:用非线性记录制作一同轴全息透镜，考察其多级像的位置和大小。①全息透镜具有明显的色散作用。由于衍射角对极于不同波长的入射光柯着不同的数值，所以同一•个全息透镜即使足对于同一级衍射所形成的会聚焦点的位置也随波