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1、實(shí)驗(yàn)十四光學(xué)信息儲(chǔ)存1.引言全息術(shù)一一利用光的干涉和衍射原理，將物體發(fā)射的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來(lái)，并在一定的條件下使其再現(xiàn)，形成原物體逼真的立體像。由于記錄了物體的全部信息(振幅和相位)，因此稱為全息術(shù)或全息照相。英國(guó)科學(xué)家丹尼斯?加伯(DennisGabor)在1948年為提高電子顯微鏡的分辨率，在布喇格(Bragg)和澤尼克(Zernike)_L作的基礎(chǔ)上提出全息術(shù)。全息術(shù)需要高度相干性和高強(qiáng)度的光源，所以，直到I960年激光出現(xiàn)，以及1962年利思(Leith)和厄帕特尼克斯(Vaptnieks
2、)提出離軸全息圖以后，全息術(shù)的研宄才進(jìn)入一個(gè)新的階段，相繼出現(xiàn)了多種全息方法，開辟了全息應(yīng)用的新領(lǐng)域，成為光學(xué)的一個(gè)重要分支。全息術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在可以分為四代：第一代是用水銀燈記錄同軸全息圖，這是全息術(shù)的萌芽時(shí)期，其主要問(wèn)題是再現(xiàn)像和共軛像不能分離，以及沒(méi)有好的相干光源；第二代是用激光記錄、激光再現(xiàn)，以及離軸全息圖，把原始像和共軛像分離；第三代是激光記錄白光再現(xiàn)的全息術(shù)，主要有反射全息、象全息、彩虹全息及合成全息，使全息術(shù)在顯示方面顯出其優(yōu)越性;第四代即當(dāng)前所致力的方向，是企圖利用白光記錄全息圖，已初步作了一些工作
3、。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解全息照相的基本原理和實(shí)驗(yàn)裝置；2、初步掌握全息照相的方法，拍攝一幅漫反射三維全息照片；3、學(xué)會(huì)全息片的再現(xiàn)觀察，了解全息像的特點(diǎn)。3.實(shí)驗(yàn)原理全息照相分兩步：波前記錄和波前再現(xiàn)。波前記錄是將物體出射的光波(物光)與另一光束(參考光)相干涉，用照相的方法將干涉條紋記錄下來(lái)，稱為全息圖或全息照片。明暗相間的干涉條紋成像使全息圖具有光柵狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)用原參考光照射全息圖時(shí)，光通過(guò)全息圖后發(fā)生衍射，其衍射光波能重建原物體光波，在照片后面原物體放置的位置上將有物體的再現(xiàn)三維像，即像與物有相同的景深。1.
4、全息圖的記錄圖1全息閣的記錄它們的復(fù)振幅（復(fù)矢量）分布為:拍攝全總圖必須建立干涉光路，以圖1為例。激光器輸出的光束用分束器（1）分為W束，反射的一束經(jīng)全反鏡（6）反射到全息底片（5）上作為參考光；透射的一束經(jīng)全反鏡（2）反射到物體上，再經(jīng)物體表面漫反射，作為物光入射到全息底片上。設(shè)X-Y平面為干涉場(chǎng)中照相底版所在平面，物光波0和參考光波R均為平面波，Eo=E(>y)=eoy)exP>0](i)Er=Er(x,y)=er(x,y)exp[i(pr(^y)](2)Eo>Er干涉疊加后的合振幅分布為E=￡（x,y）=
5、Eo（x,y）+Er（x,y）（3）合振動(dòng)的強(qiáng)度分布為I=I（x,y）=E（xyy）f=EE^（4）上式中E與E'量是共軛復(fù)數(shù)，所以/（%，＞，）=EOE；+ErE；+E；Er+EOE；（5）為了便于分析，上式可改寫成光強(qiáng)形式/（%，），）=＜+er2+2eoercos（況一訊.）（6）由此式可知，&2+＜是基本恒定的，它是xy平面上的平均光強(qiáng)，是“直流”項(xiàng);2wos（%-%）是隨坐標(biāo)變化的，是“交流”項(xiàng)。后者攜帶著0光和R光的振幅和位相信息，因而是信息項(xiàng)，它的光強(qiáng)在xy平面上按坐標(biāo)周期性地變化，形成干涉條紋
6、。在參考光與物光的干涉場(chǎng)中的全息底片經(jīng)曝光、顯影和定影處理以后，就將物光的全部信息（振幅和相位）以干涉條紋的形式記錄下來(lái)，這就是波前記錄過(guò)程。1.記錄介質(zhì)及曝光條件（1）負(fù)性干版的^口￡曲線記錄介質(zhì)有銀鹽乳膠、光致腐蝕劑等多種記錄介質(zhì)，比較常用的是負(fù)性乳膠干版，其振幅透過(guò)率t與曝光量e的關(guān)系在一定范圍內(nèi)大致是線性關(guān)系的，如圖2,可表達(dá)為圖2乳膠的rDr特性曲線rUfie其屮，A是常數(shù)，/?<0是負(fù)片?？梢娫谝欢ǚ秶鷥?nèi)，振幅透過(guò)率和曝光量是線性關(guān)系。將感光干版放在xy平面上，它的感光量沙落在線性區(qū)如式（7）,再經(jīng)
7、顯影定影處理后，xy平面上的光強(qiáng)分布/Cr，y）就轉(zhuǎn)變成了干版上的振幅透過(guò)率分布rCr，y）,從而得到物體光波的全息圖。將s=代入式（7）中，則全息圖的振幅透過(guò)率分布為T（x,y）=k+/3tEoE:七fitE（:E,.（8）式中々=t+/?z
8、￡；,
9、2+/?z
10、￡r
11、2y/^2+/^.2,可知k近似為常數(shù)。則（8）式改寫為r（x，y）=k^2Pteoercos他-（pr）（9）可見，全息圖的振幅透過(guò)率也是按坐標(biāo)周期性變化的，即全息圖就是一塊刻紋光柵。當(dāng)物體有一定大小時(shí)，底片處的光強(qiáng)分布極其復(fù)雜，它是一系列空
12、間頻率大小不同、方向不同、強(qiáng)度也不同的干涉條紋的疊加，所得到的全息圖實(shí)際是一種較復(fù)雜的光柵結(jié)構(gòu)。（2）底片的曝光量引起全息干版曝光的光強(qiáng)/￡可表示為式中A,和分別代表入射到干版上的物光束與參考光束的強(qiáng)度，(也-也、為兩光束的位相差。當(dāng)⑽氏)為o或K時(shí)，八取極值iE=，，ir±247Jr(id每種全息干版都有自己的rDs曲線，根據(jù)式(11)可以估計(jì)的值，對(duì)于我們所使用的底片來(lái)說(shuō)，的值一般
