什么是全息光栅透射光栅

1、什么是全息光栅透射光栅主要内容主要内容l全息光栅、白光全息全息光栅、白光全息l自主设计性全息实验（三维全息、像面全息）自主设计性全息实验（三维全息、像面全息） 1：根据实验室现有光学元件设计实验 2：根据提供的全息实验光路进行设计实验l光学元件：光学元件： 全反镜、分束镜、凸透镜、凹面镜、扩束镜全反镜、分束镜、凸透镜、凹面镜、扩束镜 偏振片、狭缝偏振片、狭缝 溴化银薄膜型干板 红外光敏性聚合物薄膜干板全息术的概念全息术的概念l全息照相原理是全息照相原理是1948年年Dennis Gabor 为了提高电子显微镜的分辨本为了提高电子显微镜的分辨本领而提出的。领而提出的。“全息全息”是指物体发出的光

2、波的全部信息：既包括波长是指物体发出的光波的全部信息：既包括波长（颜色）、振幅（光强）和相位（物点的位置）。（颜色）、振幅（光强）和相位（物点的位置）。l全息照相术是利用干涉和衍射的原理将物体发射的光波以干涉条纹的全息照相术是利用干涉和衍射的原理将物体发射的光波以干涉条纹的形式记录下来，再在一定的条件下再现，形成与原物体完全相似的空形式记录下来，再在一定的条件下再现，形成与原物体完全相似的空间像。又由于全息照相不但记录了入射光波的强度，也记录了入射光间像。又由于全息照相不但记录了入射光波的强度，也记录了入射光波的相位，像十分逼真并具有立体效果。波的相位，像十分逼真并具有立体效果。l全息照片就是

3、一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先全息照片就是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先进照相技术。全息照片不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光进照相技术。全息照片不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上。另一束直接照束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上。另一束直接照到感光胶片即全息干板上。当光束被物体反射后，其反射光束也照射到感光胶片即全息干板上。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。全息术简介全息术简介l1948年Gabor提出了全息术的

4、概念， 1971年获得诺贝尔物理学奖l1960年Maiman研制成功了红宝石激 光器，激光器的诞生使得全息术迅速发展l1961年Javan等研制成功氦氖激光器l1962年Leith和Uptnieks提出了离轴全息图，全息术进入全面发展阶段l近60年来，全息术的研究日趋深入，已成为近代光学的一个重要分支Dennis Gabor全息照相过程分记录、再现两步，它是以干涉、全息照相过程分记录、再现两步，它是以干涉、衍射等波动光学的规律为基础的。衍射等波动光学的规律为基础的。全息照相与普通照相的区别全息照相与普通照相的区别普通照相过程是以几何光学的普通照相过程是以几何光学的规律为基础的。规律为基础的。全

5、息图所记录的是物体各点的全部光信息，包全息图所记录的是物体各点的全部光信息，包括振幅和相位。括振幅和相位。普通照相底片记录的仅是物体普通照相底片记录的仅是物体各点的光强（或振幅）。各点的光强（或振幅）。全息照相过程中物体与底片之间是点面对应的全息照相过程中物体与底片之间是点面对应的关系，即每个物点所发射的光束直接落在记录关系，即每个物点所发射的光束直接落在记录介质整个平面上。反过来说，全息图中每一个介质整个平面上。反过来说，全息图中每一个局部都包含了物体各点的光信息。局部都包含了物体各点的光信息。普通照相过程中物像之间是点普通照相过程中物像之间是点点对应的关系，即一个物点对点对应的关系，即一个

6、物点对应像平面中的一个像点。应像平面中的一个像点。 全息图能完全再现原物的波前，因而能观察全息图能完全再现原物的波前，因而能观察到一幅非常逼真的立体图像。到一幅非常逼真的立体图像。全息照相是干涉全息照相是干涉,因此要求光源有很高的相干因此要求光源有很高的相干性。光源的相干长度越大、波前上相干区越大，性。光源的相干长度越大、波前上相干区越大，就能越有效地实现全息照相。就能越有效地实现全息照相。普通照相得到的只能是二维的普通照相得到的只能是二维的平面图像。平面图像。普通照相只是像的强度记录，普通照相只是像的强度记录，并不要求光源的相干性，用普并不要求光源的相干性，用普通光源就可以了。通光源就可以了

7、。全息照相特点全息照相特点l三维立体性三维立体性l可分割性可分割性l可重复记录，同一张底片可多次曝光，重可重复记录，同一张底片可多次曝光，重叠许多像叠许多像l显微性显微性l保密性和防伪性保密性和防伪性l易于复制易于复制全息的种类和应用全息的种类和应用全息图的基本类型全息图的基本类型1.1.同轴全息图同轴全息图 2.2.离轴全息图离轴全息图 3.3.菲涅耳全息图菲涅耳全息图 4.4.傅里叶变换全息图傅里叶变换全息图5.5.像全息图像全息图 6.6.彩虹全息图彩虹全息图 7.7.体积全息图体积全息图全息照相的应用全息照相的应用1.1.全息显示全息显示 2.2.模压全息模压全息3 3. .全息光学元

8、件全息光学元件 4.4.全息干涉计量全息干涉计量 5.5.全息信息存储全息信息存储6.6.全息防伪全息防伪7.7.生物医学生物医学8.8.无损检验与探伤无损检验与探伤 全息显微术、超声全息术、全息存储术全息显微术、超声全息术、全息存储术全息技术全息技术实验目的实验目的l了解全息照相术的基本原理了解全息照相术的基本原理l学习并掌握全息照相的基本实验技术及方法学习并掌握全息照相的基本实验技术及方法l观察和分析全息照相的成像特性观察和分析全息照相的成像特性1.了解再现物像全息的性质和方法了解再现物像全息的性质和方法重点：全息照相的基本原理重点：全息照相的基本原理难点：全息照相实验中光路的调节难点：全

9、息照相实验中光路的调节 实验仪器实验仪器n He-Ne激光器（632.8 nm）或半导体激光器650 nm n 全息实验平台及其光学附件（分束镜、全反射镜、扩束镜） 洗相设备（显影液、定影液）n 皮尺，量角器，直尺实验原理实验原理波前记录光的干涉波前记录光的干涉波前再现光的衍射波前再现光的衍射波前再现波前记录共轭实像pp原始虚像物O*OORRss2)(ROMAAI2)(ROmAAIsin21kkyyd条件条件足够的相干长度足够的相干长度良好的防震措施良好的防震措施合理的光路排列合理的光路排列适当的干板处理适当的干板处理EE COSt 02()振振 幅幅相相 位位= 物体信息物体信息光栅是由大量

10、等宽、等间距的平行狭缝光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝(或反或反射面射面)构成的光学元件。实际的光栅根据工作原理构成的光学元件。实际的光栅根据工作原理可分为两种：透射光栅和反射光栅。可分为两种：透射光栅和反射光栅。什么是光栅？什么是全息光栅？什么是光栅？什么是全息光栅？透射光栅透射光栅 (衍射光栅衍射光栅)反射光栅反射光栅 (闪耀光栅闪耀光栅) 根据制作方法可分为：机制光栅和全息光栅根据制作方法可分为：机制光栅和全息光栅机制光栅：在玻璃片上机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距刻划出一系列平行等距的划痕的划痕,刻过的地方不透刻过的地方不透光，未刻的地方透光光，未刻的地方透光 全息光栅：通过

11、全息照相，将激光全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，经产生的干涉条纹在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。通常在显影定影制成全息光栅。通常在 1 cm 内刻有成千上万条透光狭缝，内刻有成千上万条透光狭缝，相当于多光束干涉，光栅形成的光相当于多光束干涉，光栅形成的光谱线尖锐、明亮。谱线尖锐、明亮。 全息光栅光路图全息光栅光路图激光器激光器50%分束镜分束镜全反射镜全反射镜全反射镜全反射镜扩束镜扩束镜扩束镜扩束镜全息干板全息干板物光和参考光的光程基本上相等物光和参考光的光程基本上相等调节物体位置，使物光与参考光夹角小于调节物体位置，使物光与参考光夹角小于4 40光光 阑阑0R

12、0ORORxx111=x-llll 1 1 光路调节光路调节 （1）激光经分束后，物光与参考光光束高度基本相同且光程大致相等。 物光光程：分束镜反射镜扩束镜被摄物感光片； 参考光光程：分束镜反射镜扩束镜感光片。 （2）物光与参考光的夹角 （3）感光片位置，物光与参考光的光强比 判断方法：遮挡物光，看光强有无变化，有变化即可2 2 曝光曝光 关上照明灯，确定曝光时间，调好曝光计时器。可以先练习快门使 用，曝光时间与光强大小、显影温度有关，稳定1 min，曝光时间一 般6-15 s3 3 干板的冲洗干板的冲洗4 4 全息图再现全息图再现 实验步骤实验步骤全息光栅的干板冲洗全息光栅的干板冲洗在照相暗

13、室中，可在暗绿灯下操作，整个过程在照相暗室中，可在暗绿灯下操作，整个过程不能用手触摸全息干版的表面。不能用手触摸全息干版的表面。10s-3min，视温度和显，视温度和显影液（影液（D-19）浓度而定）浓度而定在暗绿灯下观察出现在暗绿灯下观察出现黑色斑纹即可黑色斑纹即可F-5定影液定影液 5-10min水洗水洗冷风冷风三维全息术光路图三维全息术光路图激激光光器器光光阑阑扩束镜扩束镜扩束镜扩束镜反射镜反射镜感光片感光片反射镜反射镜分束镜分束镜被摄物体被摄物体物光物光O 95%参考光参考光R 5%物光和参考光的光程基本上相等，光程差物光和参考光的光程基本上相等，光程差0.5 3 cm 以内。以内。调

14、节物体位置，使物光与参考光夹角在调节物体位置，使物光与参考光夹角在3090之间之间。调节参考光与物光的光强比一般控制在调节参考光与物光的光强比一般控制在3:110:1调整好干板角度，固定干板架。干板表面法线近似为参考光和物光的角平分线，干板和物的调整好干板角度，固定干板架。干板表面法线近似为参考光和物光的角平分线，干板和物的距离小于等于距离小于等于10 cm体积全息（白光全息）光路图体积全息（白光全息）光路图乳乳 胶胶激光器激光器扩束镜扩束镜物物 体体光光 阑阑1 光路调节：按照上图布置光学元件，调节光学元件 的螺丝，使通光中心基本等高2 白板代替干板，调节扩束镜的位置，使扩束后的光 束均匀照

15、射在白板上，调整物体使反射光束能够完 全照在白板上3 曝光：打开曝光定时器，设定曝光时间，装上胶 板，稳定1分钟后，曝光时间8-30s4 干板的冲洗5 全息图再现 实验步骤实验步骤白光全息干板冲洗白光全息干板冲洗l在蒸馏水中静置10-30sl在浓度40%的异丙醇中脱水60sl在浓度60%的异丙醇中脱水60sl在浓度80%的异丙醇中脱水15sl在浓度100%的异丙醇中脱水，直至出现清晰、明亮的红色或黄绿色图像为止l取出干板，迅速用吹风机快速吹干直到全息图像变为金黄色清晰、明亮图像为止（对反射全息图）l封装物像的再现和观察物像的再现和观察（1 1）、再现像虚的观察）、再现像虚的观察扩束镜扩束镜全息

16、干板全息干板实实 像像虚虚 像像观察者观察者再现光路图再现光路图再现虚像再现虚像激光像平面全息拍摄光路激光像平面全息拍摄光路细激光束细激光束全息干板全息干板实像实像（3 3）、用一张带有小孔的纸片贴近全息相片，人眼通过小孔观察）、用一张带有小孔的纸片贴近全息相片，人眼通过小孔观察虚像，改变小孔的位置做同样观察，记录观察结果。虚像，改变小孔的位置做同样观察，记录观察结果。（2 2）、观察的实像情况）、观察的实像情况【注意事项注意事项】趣味全息图趣味全息图“mask”为彩色反射全息图为彩色反射全息图 “Fish”为单色反射全息图为单色反射全息图 panda为彩虹全息图为彩虹全息图 全息激光防伪标签

17、，已经是一个很大的产业全息激光防伪标签，已经是一个很大的产业 l面额：面额：20英镑英镑 国家：英国国家：英国 最新版最新版20英镑面值的钞票有一个显著的全息条。一旦将钞票英镑面值的钞票有一个显著的全息条。一旦将钞票倾斜，全息倾斜，全息条上的图像能在英镑标志和数字条上的图像能在英镑标志和数字20之间来回转换。之间来回转换。 世界上最难伪造的钞票世界上最难伪造的钞票 彩虹全息图彩虹全息图彩虹全息图彩虹全息图彩虹透射全息图彩虹透射全息图钱币上的彩虹全息图钱币上的彩虹全息图黄鹤楼黄鹤楼-全息工艺图全息工艺图 全息图全息图-花前月下花前月下全息图全息图-根根思考题思考题 l1.全息照相与普通照相有什么

18、不同？l2.全息照相的主要特点是什么？l3.要尽量让物光和参考光的光程相等，其目的是什么？l4.为什么全息照片的每一碎片都能使整个物体再现？l5.为什么要尽量要把物光和参考光的夹角取小一些？l6.为什么参考光的强度必须比物光强？l7.怎样才能获得理想的全息照片?l8.全息照片上干涉条纹的间距有什么决定？条纹明暗由什么决定？条纹的反差由什么决定？l9.全息相片的主要特点是什么？l10.为什么全息的记录介质要采用高分辨率的感光材料？l11.全息技术有哪些重要的应用？l12.全息照相过程的注意事项是什么？思考题思考题l13.能否用白光实现全息图像存储？为什么？l14.拍摄全息照相必须具备哪些基本条件？拍摄一张好的全息图的关键是什么？l15.如何判断全息图拍摄成功，干涉条纹的亮暗对比和疏密程度反映了什么？l16.如何观察再现的物像，扩束的