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1、中山大學(xué)光信息專業(yè)實驗報告：全息圖像存儲實驗人：何杰勇（）合作人：徐藝靈組號B13（2014年4月24日星期四）【實驗?zāi)康摹?.了解全息照相的基本原理和基本規(guī)律。2.了解傅立葉變換全息圖的基本原理。3.掌握全息圖像的存儲和提取信息的方法。【實驗用具】He-Ne激光器、4f系統(tǒng)、防震臺、秒表、尺子、底片、毛玻璃屏D76顯影劑、F5定影液、夾子、電吹風(fēng)機、抹布【實驗原理】激光全息存儲技術(shù)是一種利用激光干涉原理將圖文等信息記錄在感光介質(zhì)上的大容量信息存儲技術(shù)。目前，這種信息存儲技術(shù)是通過將縮微膠片上的影像轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑畔?，然后制出存儲密度很大的全息圖。所謂全息
2、照片就是一種記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息的先進照相技術(shù)。全息照片不用一般的照相機，而要用一臺激光器。激光束用分光鏡一分為二，其中一束照到被拍攝的景物上，稱為物光束；另一束直接照到感光膠片即全息干板上，稱為參考光束。當(dāng)光束被物體反射后，其反射光束也照射在膠片上，就完成了全息照相的攝制過程。反射激光全息圖像成像原理是將入射激光射到透明的全息乳膠介質(zhì)上，一部分光作為參考光，另一部分透過介質(zhì)照亮物體，再由物體散射回介質(zhì)作為物光，物光和參考光相互干涉，在介質(zhì)內(nèi)部生成多層干涉條紋面，介質(zhì)底片經(jīng)處理后在介質(zhì)內(nèi)部生成多層半透明反射面(例如6微米厚的乳膠層
3、里可以有20多個反射面)，用白光點光源照射全息圖，介質(zhì)內(nèi)部生成的多層半透明反射面將光反射回來，迎著反射光可以看到原物的虛像，因而稱為反射激光全息圖。全息照相主要分為兩步，即全息記錄和波前再現(xiàn)。1.全息記錄如圖1所示,將激光器輸出的光束分為兩束，一束投射到記錄介質(zhì)上，稱為參考光束；另一束投射到物體上，經(jīng)物體反射或透射后，產(chǎn)生物光束，也到達記錄介質(zhì)。兩光束在記錄介質(zhì)上形成干涉條紋，把干涉條紋記錄下來即得到全息圖。干涉條紋的明暗對比程度反映了物體上各處發(fā)光的相對強度。因為射到底片上的參考光的強度是各處一樣的，各處物光的強度不同，其分布由物體的發(fā)光決定，這樣
4、參考光和物光干涉時形成的干涉條紋在底片上各處的濃淡也不同。這濃淡就反映了物體上各處發(fā)光的相對強度。干涉條紋的密度和方向反映了物體上各處發(fā)的光到達底片時的相位不同。設(shè)a，b為某相鄰兩條暗紋所在位置。要形成暗紋，在a，b兩處的物光和參考光必須都反相。由于參考光在a，b兩處是同相的，所以到達a，b兩處的物光與參考光的光程差必須是λ。由圖3幾何關(guān)系可知(1)即(2)這一公式說明，在底片上同一處，來自物體上不同發(fā)光點的光，由于它們的θ或r不同，與參考光形成的干涉條紋的間距就不同，因此底片上各處干涉條紋的間距，以及條紋的方向就反映了物光光波的相位的不同，這實際上
5、反映了物體上各發(fā)光點的位置的不同。整個底片上形成的干涉條紋，實際上是物體上各發(fā)光點，發(fā)出的物光與參考光所形成的干涉條紋的疊加。波前再現(xiàn)如圖3所示,用一束同參考光束的波長和傳播方向完全相同的光束照射全息圖，則用眼睛可以觀察到一幅逼真的原物圖像。全息圖上的任一點均記錄了物光束的全部信息，所以用全息圖的任一部分均可重現(xiàn)被照物體。波前再現(xiàn)的原理為：布滿干涉條紋的全息圖相當(dāng)于一個光柵，照明光束經(jīng)全息底片衍射后，產(chǎn)生衍射場，其中包含了原物的波前，人眼看到的是這個再現(xiàn)波前產(chǎn)生的虛像。本實驗使用4f成像系統(tǒng)進行實驗，實驗系統(tǒng)分為兩部分，一部分實現(xiàn)全息存儲（圖2），另
6、一部分實現(xiàn)全息再現(xiàn)（圖3）。底片處理分曝光、顯影和定影三個過程。曝光：曝光就是使感光底片感光，感光底片的感光作用是由感光材料引起的。目前所用的感光材料主要是鹵化銀。感光過程基本上是一種光化作用結(jié)果。在光照射下，鹵化銀中的銀離子還原成銀原子，然后聚積在受光點附近，形成一個銀斑，這銀斑常稱為“潛影”。顯影：把感光后的底片放到D76顯影液里，靠近“潛影”的銀離子繼續(xù)還原，使銀斑的密度加大，直到形成可以清楚辨認的黑斑。定影：用F5定影液把未分解的鹵化銀溶解掉。經(jīng)過定影的底片已無感光物質(zhì)，因此即使底片暴露在光線下它也不再被感光，這樣就保證只有原來被曝光處有潛影
7、，把原來的影像在某種程度上固定了。曝光、顯影和定影三個過程的時間控制,對實驗的成敗影響很大。【實驗注意事項】1、一定不能用手或其他東西接觸光學(xué)元件以保持清潔不損。這是光學(xué)實驗室的一般常識，在全息照相實驗室尤為重要，因為一個塵埃就可以引起一套衍射環(huán)，將對全息圖引入噪聲。2、要求激光器具有TEM00模，這樣可以達到較高的空間相干性，否則光強不均勻不穩(wěn)定，給實驗帶來很大困難。此外盡量要使物和參考光等光程，其差值至多在幾個cm之內(nèi)，保證很好的時間相干性。3、為取得對比度較好的全息圖，實驗必須要在隔振臺上進行，且曝光時不要走動，大聲說話，不要接觸臺面上的任何器
8、件，以保證光程穩(wěn)定。一般振動、熱或聲波等引起光程差的變化在曝光時不得超過。4、對底板的曝光時必須使曝光的動態(tài)
