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1、实验八全息成像实验普通摄影是利用照相机将物体发出（或反射）的光波记录在感光材料上，由于它只记录了物体光波的强度因子（振幅信息），而失去了反映物体景深的位相因子（空间信息），因而普通照片看上去是平面的，失去了原有物体的立体感，所以普通照片不能完全反映被摄物体的真实面貌。为了得到物体的真实像，我们必须同时记录物体光波的全部信息——振幅和位相。全息摄影就是利用光的干涉和衍射原理，引进与物体光波相干的参考光波，用干涉条纹的形式记录下物体光波的全部信息。即利用干涉原理把物体上每一点的振幅和位相信息转换为强度的函数，以干涉图样的形式记录在感光材料上。经过显影和定影处理，干涉图样就固定在全息干板(胶片)上了
2、，这就是我们通常所说的三维全息照片。通过光的衍射即可再现物体的三维立体像。一、实验目的1．了解全息摄影的基本原理、实验装置以及实验方法。2．掌握激光全息摄影和激光再现的实验技术。3．通过观察全息图像的再现，弄清全息照片和普通照片的本质区别。二、实验原理物体发出的光包含光的振幅和光的位相两大部分信息，即：O(x,y)=O(x,y)exp[−jφ(x,y)](1)其中：O(x,y)为振幅，exp[−jϕ(x,y)]为位相。普通摄影只能记录物体光波的振幅信息，而位相信息exp[−jφ(x,y)]全部丢失，因此照片没有立体感。数学表达式为：22I=O(x,y)exp[−jφ(x,y)]=O(2)实际上
3、没有任何一种感光材料可以直接记录光波的位相，在全息摄影中我们利用光的干涉原理来记录光波的振幅和位相信息。如图40-1所示，激光器L发出的激光由分束镜BS将光线一分为二，透射光线经反射镜M2反射再经过扩束后照射在被摄物体上，这束光线称为物光(O光)；反射光线经反射镜M1反射再经过扩束后直接照射在感光材料上，因而称为参考光(R光)；两束光线在P处相干并形成干涉条纹，这些条纹记录了物光的所有振幅和位相信息。MHe-Ne2激光器K扩束镜C2扩束镜C分束镜BSO1全息干板PM1图40-1拍摄全息照相光路图数学表达式为：物光为：O(x,y)=O(x,y)exp[−jφ(x,y)]参考光为：R(x,y)=R
4、(x,y)exp[−jψ(x,y)]两光相干后总光强为：2I=O(x,y)+R(x,y)22=O(x,y)+R(x,y)+O(x,y)R(*x,y)+O(*x,y)R(x,y)(3)22=O(x,y)+R(x,y)+2R(x,y)O(x,y)cos[ψ(x,y)−φ(x,y)]式（3）说明全息图中包念着物光的振幅和位相信息，它们全部被记录在感光材料上，并以干涉条纹的形式表现出来。感光材料（全息干板或胶片）经过曝光、显影和定影后，即可得到一张菲涅耳全息图。将制作好的全息图放回原处，遮挡住物光(O光)并取走被摄物体，用原参考光照明，则透过这张全息图的光强为：+级H2It=IR(x,y)exp[−j
5、ψ(x,y)]=O(x,y)+R(x,y)R(x,y)exp[−jψ(x,y)]222=R{O+R}exp[−jψ(x,y)]+RO(x,y)exp[−jϕ(x,y)]R2+Rexp[−2jψ(x,y)]O(x,y)exp[jϕ(x,y)]（4）式（4）中的第二项与原物光光波只相差一个系数R，这说明0级通过全息图的出射光包含原物光的全部信息。所以我们透过全息图可以看到在原来放置物体的地方有物体的虚像，就像物体没有被取走一样。如图40-2所示。物体的虚像具有明显的视差效应，当人图40-3全息实像的再现们通过全息图观察物体的虚像时，就像通过一个“窗口”观察真实物体一样，具有强烈的三维立体感。当人眼
6、在全息图前面左右移动或上下移动时，我们可以看到物体的不同部位。即使全息干板破损、变小，但原物光的信息还保存在干涉条纹之中，所以我们通过参考光的照射同样可以看到物体的虚像，只是大小发生了变化。虚像是由全息图的−1级衍射光所形成的。另外还有直接透射光(0级光)，我们可以在直接透射光的对面用毛玻璃屏观看物体的实像，而且远离全息图也可观察到。全息图的+1级衍射光形成被摄物的实像，如图40-2所示。观察实像还可用参考光R的共轭光R′照射全息图，这时我们看到的实像是“悬浮”在干板之外，如图40-3所示。图40-2全息照相再现光路图三、实验仪器Laser：氦氖激光器，M1和M2：全反镜，BS：分束镜，C：扩
7、束镜，P：全息干板及支架，O：被摄物体，K：光开关。另外准备直尺、钢卷尺用来调整光路以及光强测量仪，曝光定时器，暗房设备等备用。四、实验步骤1．按图40-1布置好光路（在某些特殊情况下由实验室给出）。2．打开激光器电源开关，点燃激光，当光线强度稳定后开始调整光路：①调整光束等高；②用自准直法调整各光学元件，使其表面与激光束垂直。ooo3．调整分束镜BS使物光和参考光的光程基本相等，同时使两光束之间
