全息照相实验报告.doc

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1、.实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：全息照相实验室二、实验项目名称：全息照相实验三、实验学时：四、实验原理：普通照相是把物体通过照相物镜成像于照相底片上，每个物点转换成一个对应的像点。并将被摄物体在某个瞬时漫射的光波（物光波）所反映的物体的亮度分布成像于底片上，底片记录的是与物光波振幅的平方成比例的强度分布，它丢失了物光波的相位信息，所以普通照片上的物像没有立体感。全息照相虽然也是一种照相过程，但在概念上同普通照相根本不同。全息照相记录的不是物光的强度分布，而是干涉条纹。干涉条纹的可见度反映了物光波的振幅，干涉条纹的疏密和取向则由物光波的相位决

2、定。物体上每个点发出的光波记录在整个底片上，换言之，底片上的每个点都记录了所有物点发出的光波。这样用干涉法把物光波场的“全部信息”都记录下来所获得的照片，称为全息照片或全息图。由全息图可以再现物光波，从而形成与原物体逼真的三维像。这个物光波的完整记录与再现的过程，便称为全息术或全息照相。（一）透射式全息照相1.物光波波前的记录物光波波前信息包括它的振幅和相位，而现有的记录介质只对光的强度即振幅的平方产生响应。因此，在波前记录时必须把相位信息转换为强度信息。为此，人们借助于参考光与物光的干涉来实现上述转换。显然，参考光和物光应具有很好的相干性，而且记录物光波波前的光路需按一定的规则

3、布置，以保证获得更佳的干涉效果。..一种常用的静物全息记录光路如图所示。激光束经分束镜分为两束光，一束经全反射镜反射并扩束后，均匀照明被摄物，再经被摄物漫反射，带有了被摄物的信息，照射在记录介质——干板上，这束光称为物光；另一光束经全反射镜反射与扩束镜扩束后，直接均匀地照明干板，这束光不带物的信息，称为参考光。两光波在干板上相遇产生相干叠加形成干涉图样，使感光物质感光记录在干板上。经暗房操作处理后，成为可永久保存并随时重现光波波前的全息照片。拍摄全息照片的典型光路设在干板面上，物光波为式中，和分别表示振幅和与空间相关的相位；为光波的角频率；t为时间。参考光波为式中，和分别代表参考

4、光波的振幅和与空间相关的相位。两光波在干板面上相干叠加，合成光的强度分布为..由式可见，强度分布不随时间变化，所有的项只与空间有关，其中前两项分别为参考光和物光被记录的强度；第三项代表两光波之间的干涉，产生干涉条纹。条纹的可见度且由两光波的振幅确定。若为常量，则它只随物光波的振幅变化。干涉条纹的形态由相位差确定。参考光波的作用正好将物光波前的相位分布转换成了强度分布。2.物光波波前重现——全息图的衍射用原参考光束照明全息图片，就可得到清晰的物体的像。这个过程称为全息图的再现或物光波前重现。在再现过程中，全息图将再现光衍射而产生表征原物光波波前特性的所有光学现象。即使原来的物体已经

5、拿走，它仍可以形成原来物体的像。如果再现波前被一观察者的眼睛截取，则其效果与观察原物一样，能看到原物体的真实的三维像。当观察者改变观察方向时，景像的配景改变，视差效应是很明显的。当观察点由景物中的较近物体改变到较远物体时，观察者必须让眼睛重新调整。如果全息图的记录和再现都用同一单色光源完成，那么，就会不存在原物体与再现像的任何视觉标准所能够辨认的差别。观察再现像的一种光路如图所示。当用原参考光照明再现全息图时，通过全息图后的光场分布为式中，第一项为零级衍射光，代表与再现光波相同的透射光波场；第二项，其中为常量，E2与原始物光波相同，观察者截取此光波将观察到一个宛如原物的虚像，它是

6、+1级衍射光；第三项为-l级衍射光，为物光的共轭光波，观察到的是一个空间倒置的原物体的实像，此实像还受到再现光波R的位置调制，产生相位畸变。..全息图的再现如果用原参考光波的共轭光波（即与参考光波波前相同反向传播的光波）照明再现全息图时，全息图片后面的光场分布为式中，为有相位畸变的虚像；为物光波的共轭光波，显然是一个无畸变的实像。（二）全息记录介质记录全息图的介质应该是性能良好的感光材料。主要性能指标是分辨率、灵敏度和感光敏感波长。全息记录介质要求具有较高的分辨率。理论指出，全息干涉条纹的平均间距取决于物光波和参考光波的平均夹角，如图所示。我们得到条纹的空间频率定义为条纹平均间距

7、的倒数，用于表示记录介质记录这样的条纹所需要的最小分辨率，即每毫米长度上能记录的干涉条纹数。我们有平均间距与夹角的关系一般全息图的干涉条纹间距很小，故要求记录介质的分辨率条/..毫米。而普通照相胶片的分辨率极低，仅50~100条/毫米。因而记录全息图应采用专门的全息干板。全息干板的暗室处理方法与普通感光胶片的处理方法相似。其程序为显影——水洗——停显——定影——水洗——漂白——水洗——干燥。五、实验目的：1、了解全息照相的基本原理和主要特点；2、学习由全息图再现物像的原理；3、学