全息照相实验报告

1、K实验三十四全息照相实验时间2015年5月12日报告时间2015年5月13日1300011454周二下午第2组3号K目的要求1、了解全息照相的基本原理；2、学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图；3、了解摄影暗室技术。K仪器用具光学平台，Hc-Ne激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜，暗室技术使用的设备K实验原理全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信 息，这是全息照相名称的由来。但是，感光乳胶和一切光敏元件都是“相 位盲”，不能直接记录相位。必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物 光和参考光的干涉条纹，间接记录下物光的

2、振幅和相位。直接观察拍好 的全息图，看不到像。只有照明光按一定方向照在全息图上，通过全息 图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立体像。故全息照相包 括波前的全息记录和重现两部分內容。下面是透射式全息照相原理。1. 全息记录如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，那就记录了 底片所在位置物光波前的振幅和相位。物光一点发出的球面波波前：U(x, y)=人)(兀 y)exp(x, y)参考光波前：Ur (兀,y) = A- exp7 琴 y sin aA则底片上总复振幅：U(x, y) = t70(x, y)+Ur(x, y)=4(x, y) exp如兀,y)+Ar exp;-ysin

3、 aA光强分布:/(x, y) = UU = 4； + A； + 2A人 cos()- J y sin a感光底片在曝光后经显影和定影等暗室技术处理，成为全息图。适 当控制曝光量及显影条件，可以使全息图的振幅透过率t与曝光量玖正 比于光强I）成线性关系，即t(x9 y) = tQ-pIx9y)上面讨论了物光作为一个点光源所产生的球面波和参考光的干涉。整个物是由无数个点光源所组成，因而整个全息图就是无穷多个球面波 与参考光波干涉所组成的复杂干涉条纹。2、物光波前的重现用一束与参考光完全相同（即波长和方向相同）的平面波照在全息图 上，则在z=0平面上全息图透射光的复振幅分布为Ut(x,y)=Ur(

4、y)t(x,y)整理后得0,(X, y) = t0 一 0(4； + A) )14 exp/ 手 y sin a-MA)expPVo-网人 exp-/Jexpz 2ysinz其中第一项为o级衍射;第二项为+1级衍射，经全息图+i级衍射后会重现物的虚像，大 小，形状，位置与原物完全相同; 能得到无畸变虚像。如要得到无畸变实像，则应以参考光的共轨光 一束会聚在原参考光点源的会聚光去照明底片。如果重现时点源位置不 同于参考光点源，则重现像的位置不同于原来物位置，重现像的放大倍 数也不等于lo对于与记录时相同属性的发散球面波照明，点光源愈远， 像愈大；反之，像缩小。K实验条件U为了照好一张全息图必须具

5、备以下几个基本条件：(1) 一个很好的相干光源，本实验用的氮氤激光器，相干长度约 为20cmo为保证物光和参考光之间良好的相干性，要尽可能使两束光 光程相等。(2) 保证全息照相所用系统的稳定性。尤其是曝光的34秒内， 千万要保持台面的稳定。(3) 高分辨率的感光底片，本实验用的感光底片分辨率为3000条 /mm。(4) 了解和使用显影、定影、冲洗等有关摄影暗室技术。K实验内容1. 设计安排光路应满足如下要求：(1) 经透镜扩展的参考光均匀照在整个底片上，被摄物体各部分 也应得到均匀照明；(2) 物光和参考光光程大致相同；(3) 在底片处物光和参考光的光强比为1:21:6;(4) 物距感光底片

6、约10cm;(5) 参考光垂直照射底片，参考光与物光夹角约为30度。大致步骤：(1) 初步规划光路，放置各元件的大概位置；(2) 用分束器将激光分光，用透射光(较强)作为物光，用反射 光(较弱)作为参考光；(3) 确定物光光路，并用卷尺测量光程，用此光程确定参考光光 路的反射镜位置，调整过程中注意满足上述条件；(4) 加入两个透镜，将物光和参考光扩展，并注意均匀照明；(5) 加入快门，设置曝光时间为3-4秒。光路的安排搭建对于这个实验非常重要，是决定全息图品质的关键 因素，因此搭建时应仔细规划考虑，尤其注意要满足上述所有条件。正 是因为搭建出好的光路，才做出了比较好的全息照片。2、曝光关上照明

7、灯，取出感光底片并安装，所有人安静后曝光3-4秒，注 意曝光时要保持台面的稳定性，不能有人移动，说话。3、显影定彫将感光底片取下，先在显影液中浸泡约8秒，再在定影液中浸泡约 15分钟，最后用清水冲洗一分钟，在吹风机下烘干，光的全息照片制作 完成。注意在定影液中浸泡时要保持乳胶面朝上。4、透射式全息图的重现(1) 原位观察虚像；(2) 寻找另一个像(-1级衍射像)；(3) 将底片翻转180度，用共辄光及未扩束平面光照射底片观察。K实验现象记录1、原位观察虚像(1) 像的位置和物的位置相同，大小相同，正立。(2) 从不同位置观察像，可以看到像的不同角度，这和从不同位 置观察被摄物体一模一样。(3)

8、 转动时，虚像的大小、位置都不变，但偏离原位后像会变暗。(4) 改变底片与透镜距离，底片远离透镜时像变大，靠近时像变 小。2、寻找另一个像(J级衍射像)逆着光传播的方向可以观察到另外一个像，是倒立的虚像，并且比 刚才观察到的虚像略大。3、底片翻转180度,用共辄光及未扩束平面光照射底片观察用共辄光：可以观察到两个像，一个是正立的实像(可以成在光屏 上)，这个像的位置和本来物的位置关于感光底片成中心对称；另一个 是在底片另一侧倒立的虚像。对于观测到的实像，相片与透镜的距离越 小，实像越大。用未扩束平面光：得到正立的实像，但是这个像没有成像面。做实验时，实际情况并不是实验原理所说的参考光和再现光都

9、是平面光，而采用的是平面光经凸透镜扩展后的球面光。因而实际情况为： 参考光波前：7（兀，刃=人耳讷（兀，刃根据：（兀 y） = 0Q （兀 y）+Ur （九 y）I （兀 y） = UU心刃f 一 0心,y） , Qi &刃二Qr （刃.心刃得至U:I （X y） = 00 “=盘 + A； + 244 c os 他0 ,t = to 0（ + A；） - 2/X4rA0 cos 0o - 0.（1）参考光和再现光相同时，可以推得:其中：0二0, （x, y） = 0 - 0（4； + 4）4 expi 0 -悩;4）expM（J-M A） exp i 00 exp 02%可以看到，第二项+1级衍射还原了被摄物体的衍射虚像，位置大小正倒和原物体完全相同。而第三项-1级衍射则可以等效为将物的共轨光经过一个焦距为/ = 的透镜成像（因为使用了发散透镜，5为负，这里相当于一个凹透镜），因为f的不同可能成实像也可能成虚像，在实际观察中我们看到了倒立放大的虚像。（2）再现光是参考光的共辄球面波时，得:O,（X, y） = 5 0（A： + A）A expJ0 -M2A）expzV（）exp-2/VJ -/M;4expHV（