全息照相與信息光學(xué)實驗報告

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1、一．實驗?zāi)康?.了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相和透射式全息照相的基本技術(shù)和方法。2.掌握在光學(xué)平臺上進(jìn)行光路調(diào)整的基本方法和技能。3.通過全息照片的拍攝和沖洗，了解有關(guān)照相的一些基本知識，拍攝合格的全息圖。二．實驗原理1.反射式全息照相反射式全息照相也稱為白光重現(xiàn)全息照相，這種全息照相用相干光記錄全息圖，而用“白光”照明得到重現(xiàn)像。由于重現(xiàn)時眼睛接收的是白光在底片上的反射光，故稱為反射式全息照相。這方法的關(guān)鍵在于利用了布拉格條件來選擇波長。2.透射式全息照相所謂透射式全息照相是指重現(xiàn)時所觀察和研究的是全息圖透射

2、光的成像。這里將重點討論以平行光作為參考光，對物光和參考光夾角較小的平面全息圖的記錄及再現(xiàn)過程。最后再簡單介紹球面波作參考光的全息照相以及體積全息照相。1)全息記錄2)物光波前的重現(xiàn)全息圖右側(cè)空間并無光源，因而光場就唯一地決定于z＝0處波前。因而0級和±1級三束光從傳播方向上是分離的。0級衍射近似于一束平面波，其傳播方向與全息圖法線成α角。+1級衍射則是一束球面發(fā)散波，其源點就是原來物光點源所在位置。由于點源不是在透射光場內(nèi)，因而形成虛像。第三束光則是一束會聚的球面波，其會聚點就是實像的位置，由于波前有一項附加相位因子相當(dāng)

3、于這束球面波傳播方向有一附加角度變化，很小時，這角度近似于2α。三．實驗儀器光學(xué)平臺，半導(dǎo)體激光器及電源，快門及定時曝光器，擴(kuò)束透鏡，反射鏡，光功率計，全息干板，三枚硬幣。6一．實驗條件為了照好一張全息圖必須具備下列幾個基本條件：（1）一個很好的相干光源。全息原理是在1948年就已提出，但由于沒有合適的光源而難以實現(xiàn)。激光的出現(xiàn)為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為激光具有很好的空間相干性與時間相干性。本實驗用650半導(dǎo)體激光器，其相干長度約為20cm。為了保證物光和參考光之間良好的相干性，應(yīng)盡可能使兩束光光程相等。（2

4、）保證全息照相所用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于全息底片上所記錄的干涉條紋很細(xì)，相當(dāng)于波長量級，在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋完全無法記錄。例如記錄過程中若底片位移了1um，則條紋就看不清。因此，所有的光學(xué)元件都用磁性材料或其他方法固定在一個全息臺上，這個臺又放在一個隔震系統(tǒng)上，以防止地面振動的干擾。此外氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起空氣密度的變化，導(dǎo)致光程的不穩(wěn)定，所以曝光時應(yīng)避免大聲喧嘩、敲門、吹風(fēng)等。（3）高分辨率的感光底片。普通照相用的感光底片由于銀化合物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50

5、～100個條紋，不能用來記錄全息照相中細(xì)密條紋。全息照相必須用特制的高分辨率感光底片。我們實驗室用的是RSP-Ⅰ型紅敏光致聚合物全息干版。其極限分辨率為4000條/mm。（4）了解和使用顯影、定影、沖洗等有關(guān)技術(shù)。二．實驗光路圖1.反射式2.折射式三．實驗步驟反射式（白光再現(xiàn)）全息圖（1）打開激光器，使激光器預(yù)熱穩(wěn)定，按反射全息光路擺放好各元件的位置。6（1）先不放入擴(kuò)束鏡L，調(diào)節(jié)上圖中的4個元件大致共軸，物體高度與擴(kuò)束鏡等高。（2）將物體中心與激光通過擴(kuò)束鏡之后的光斑的圓心重合。（3）調(diào)節(jié)物體的前后距離，使擴(kuò)束后的光到達(dá)

6、物體的光的光強(qiáng)約為550μW。（4）放入擴(kuò)束鏡，經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)展后的參考光應(yīng)均勻照在整個底片上，被攝物體各部分也應(yīng)得到較均勻照明且光強(qiáng)適中。（5）用光功率計測量感光板處參考光束和物光光束的強(qiáng)度，檢驗發(fā)光強(qiáng)度是否符合要求。（6）根據(jù)光強(qiáng)計算確定曝光時間。調(diào)好定時曝光器。可以先練習(xí)一下快門的使用。（7）關(guān)上照明燈，將干板裝在底片夾上，使乳膠面對著光入射方向。按下按鈕進(jìn)行曝光。（8）關(guān)閉快門擋住激光，將底片從暗室中取出裝在底片架上，應(yīng)注意使乳膠面對著光的入射方向。按下按鈕進(jìn)行曝光。曝光過程中絕對不準(zhǔn)觸及防震臺，并保持室內(nèi)安靜。（9）

7、對曝光后的底片作化學(xué)處理。步驟：1)蒸餾水內(nèi)靜置10~15秒；2)在濃度為40%的異丙醇中脫水1分鐘；3)在濃度為60%的異丙醇中脫水1分鐘；4)在濃度為80%的異丙醇中脫水15秒；5)在濃度為100%的異丙醇中脫水3分鐘；6)取出干版，迅速用吹風(fēng)機(jī)熱風(fēng)快速吹干直到全息圖重現(xiàn)象變?yōu)榻瘘S色清晰、明亮圖象為止。直接觀察即可。透射式全息圖（10）按透射式全息光路調(diào)節(jié)電路使光路系統(tǒng)滿足下列要求：1)物光和參考光的光程大致相等，不要超過2cm；2)經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)展后的參考光應(yīng)均勻照在整個底片上，被攝物體各部分也應(yīng)得到較均勻照明；3)兩束

8、光夾角要在30°~60°之間，45°為宜；4)在底片處物光和參考光的光強(qiáng)比約為1:2～1:6，具體要視情況而定。（11）用光功率計測量感光板處參考光束和物光光束的強(qiáng)度，檢驗發(fā)光強(qiáng)度是否符合要求。（12）根據(jù)光強(qiáng)計算確定曝光時間。調(diào)好定時曝光器?？梢韵染毩?xí)一下快門的使用。（13）關(guān)上照明燈，將干板裝在底片