实验报告 激光全息照相.doc

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1、实验32激光全息照相【实验目的】1、学习全息照相的基本原理和方法。2、了解全息照相的主要特点。3、学习观察全息照片的方法。【实验装置】全息照相的整套装置（PHYWE），如图1所示：【全息照相的特点】全息照相与普通照相无论在原理上还是方法上都有本质上的差别。普通照相是以几何光学的折射定律为基础，利用透镜把物体成像在平面上，记录各点的光强或振幅分布，物象之间各点一一对应，但却是二维平面像上的点与三维物体各点之间的对应，因此并不完全逼真，即使一般所谓的“立体照相”也多是利用双目视差的错觉，而不是物体的真正三维图象。而全息照相是以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，借助于参考光波记录物光波的振幅与

2、位相的全部信息，在记录介质（如感光干版）上得到的不是物体的像，而只有在高倍显微镜下才能观察得到的细密干涉条纹，称之为全息图。（在感光版上看见的同心环，斑纹之类不是原来物体的真正信号，而是由给出参考光的发射镜上的灰尘微粒及其它散射物引起的。）条纹的明暗程度和图样反映了物光波的振幅与位相分布，好象是一个复杂的衍射光栅，只有经过适当的再照明才能重建原来的物光波。与普通照片相比，全息照片还具有如下几个特点：1）全息照片在适当的照明下重建物光波与原来的物光波具有相同的深度和视差。改变观察的位置，就可以看到景物被遮拦的物体，观察近距离的物体，眼睛必须重新调焦。2）把全息照片分成小块，其中每一小块都可以再

3、现整个图象。因为照片上每一点都受到参考光和被摄物体所有部分的光的作用，所以这些点就用编码的形式包含了整个图象的信息。但是当小块逐渐减小时，分辨率逐渐变差。这是因为分辨率是成像系统孔径的函数。3）全息照片可以用接触法复制，但无正负片之分，不论是原来的还是复制的都再现被摄物体的正像。而且无论照明乳剂的反差特性如何，再现影象的反差同原物体的反差都非常接近。4）全息照片绕垂直轴线转，引起一个倒转的像，让全息照片绕一水平轴线旋转，也产生一个倒转的像，但让全息照片绕一个垂直与全息图平面的轴线转，则不引起像的倒转。5）最后一个特点是在同一张底片上用连续曝光方法可以重叠几个影象，而每一张影象又不受其它影象的

4、干扰而单独显现。【实验原理】全息照相是一种采用相干光源的两步成像过程。第一步是在记录介质上记录由参考光和物光形成的复杂的干涉图样——全息图，第二步是在适当的照明下从全息图再现出物体通常的图像，所以全息照相的基本理论，实质上是一种较为广义的双光束干涉场的计算。由激光束发出的相干光经分束器之后，一束照明物体成为景物光，另一束为参考光。两光束成一定的夹角入射到记录介质上，相互干涉而记录下全息图。由于记录介质只能记录振幅，可见物波的位相也是利用干涉的原理转换成相应的振幅关系加以记录的。1、全息照相记录的信号：如图2，为物点所在的物平面，为记录介质所在的像平面，为物点，在任意平面上，R点源与平面的距离

5、为。为记录介质平面上任一点。若物光波与参考光是相干的，则记录介质上的光强分布为（1）00输入平面全息图平面dd图2计算所要求的参数z●●●其中，为物点源到达全息图平面的光波的复振幅，为全息图上参考波的复振幅。由于做全息照相时，总是尽量使参考光和物光波独立在记录介质上的照度均匀，所以在全息图上和变化比较缓慢。所以这里主要注意相干项（2）其中：（3）（4）（5）为光波从进行到和由进行到的光程差。由图可见，当点和点满足傍轴条件时，可以由一级近似求得（6）（7）可见干涉项产生的明显以（）为变量按余弦变化的干涉条纹并被记录介质记录下来。由于这些干涉条纹在记录介质上各点的强度决定于物光波（记忆参考光波）

6、在各点的振幅和相位，因此记录介质上就保留了物光波的振幅和位相的信息。2、波前重建：常用于记录全息图的介质是照相干版或胶片，假设记录全息图的干版经过曝光、冲洗以后，把曝光时的入射光强线形变换为显影振幅的透射率，并假定曝光量的变化范围限于该种干版的曲线的线形区内，则干版的透射率为（8）为未曝光部分的透射率，为比例系数。对同一干版，和都可认为是常数。，分别为入射到干版的物光强和参考光强，他们在全息图面上接近均匀。因此对于点源的全息图，只有透过率与成正比的空间变化干涉项，在照明后能产生衍射。00图3假设在全息图形成后和再现前有可能把它放大或缩小，为此把全息图平面坐标再标记为，式中为线放大率。假设再现

7、波长不必和形成波长相同，他们的比值由给出。再现波或照明波由一点光源发出，如图3所示。则全息图平面的衍射波振幅C与上述透射率的乘积为（9）其中（10）（11）（12）为使全息图能产生点源物体P的像，全息图上的再现波的位相和必须和球面波相当，在全息图上球面波相位分布的一级近似值可按式（6）写成（13）其中为全息图到相平面的距离，和代表相平面上像点P的坐标。一般来说，全息图的再现波所成的物象比较复杂，像的位置、大小