大学物理实验参考

信息光学实验实验报告班级学号姓名教师上课时间项目内容得分备注实验一像面全息图实验二一步彩虹全息实验三全息无损检测实验四阿贝-波特实验实验五θ调制法空间假彩色编码1填写实验报告的要求1.实验前要认真预习实验内容，理解实验的原理。2.实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写实验报告。3.在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。4.对实验原理深入理解，认真回答课后思考题。5.要求书写整洁，字体端正。2实验1像面全息图第一部分：预习(一)实验目的1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图，为彩虹全息实验打下基础；2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处；3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响(二)实验光路La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片(三)实验原理将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。像面全息图的记录光路如图所示。激光器发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜分成两束，透过的光束经反射镜射M2反射后被扩束镜扩束并照明物体，物体被成象透镜成像在全息干板上构成物光；M3反射的一束光被扩束镜扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时。物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时，再观光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的3距离。可见，各波长的再现像将相互错开而又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。当全息干板处于离焦位置(不在成像面上)时，再现像的清晰度将下降。离焦量越大，再现像就越模糊不清。然而，像面全息图的特征是物体或物体的像位于全息图平面上，因而再现像也位于全息图平面上。此时，即使再现照明光的方向改变，像的位置也不发生变化，只是看起来颜色有所变化了。这就是像面全息图可以用白光照明再现的原因所在。应当注意，像面全息图的像不象普通全息图那样冗余地编码，而是局部地编码在全息图上，因此，再现对照明光束必须照到整个全息图才能把像完整地再现出来。此外，由于像面全息图本身的特征限制了物体的三维特性，故它仅具有有限的景深。(四)实验步骤1．选择元件：根据光路图选择合适的光学元件及镜架。成像透镜选用大相对孔径的照相物镜。2．调整光路按照光路图拼搭和调整光路。通过移动反射镜位置：调整参考光的光程，使其与物光的光程差接近于零。物光与参考光的夹角不要太大，一般在30～40度之间。全息干板片应位于物体的共扼面(即成像面)上。物体像的大小可通过调整物体和全息干板的位置来控制。最好将物体置于两倍焦距处，使之成1:1像，以防止像的失真。3．调整光束比根据物体的反射性能，通过调节分束镜位置，使参考光与物光的光束比为2：1到4：1。4．曝光记录在暗室中装片，稳定一分钟后进行曝光，经常规处理后即得到吸收型像面全息图。5．漂白处理为了提高衍射效率，用铁氰化钾漂白液(水1000m1，铁氰化钾15g)进行漂白处理，把黑色部分消除后再浸泡1min，水洗10min后凉干，即得到位相型像面全息图。6．离焦记录让全息干板离开像面约10mm拍摄一张像全息图，观察其再现像并与像面全息图的再现像作比较。7．像全息图再现像的观察本实验光路采用发散的球面波作为参考光照明记录，再现时，用一个灯丝稍集中的白炽订，按记录时参考光的方向照明。记录时也可改用平行光为参考光，此时须加一个准直物镜用平行光再现，也可直接用太阳光再现。像面全息图可用白光宽光源再现，再现像是消色差的，位于全息图平面上。8.实验完毕后，请教师检查实验结果，请教师在实验报告册上签字。第二部分：实验(一)注意事项1.不要让激光直射眼睛，避免灼伤眼睛；2.激光电源输出是高压，注意不要碰到输出端；3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学镜面；4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。4(二)实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）(三)进行实验（参见“预习”中实验步骤）第三部分：思考1．像面全息图的再现像、像全息图的再现像和物体的像三者有何区别?2．现有一张某物体的菲涅耳全息图，试利用它制作该物体的像面全息图，并画出光路图，叙述制作步骤。3．试设计一个拍摄反射像面全息图的光路。5实验2一步彩虹全息图第一部分：预习(一)实验目的1.练习拍摄一步彩虹全息图，了解拍摄光路及各光学元件参数的选择原则;2.在白光照明下观察一步彩虹全息图再现的准单色像；3.进一步掌握彩虹全息照相的基本原理，加深对彩虹全息图能用白光再现准单色像的认识，(二)实验光路La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片Ｆ－狭缝(三)实验原理一步彩虹全息是相对于本顿提出的二步彩虹全息而言的。二步彩虹全息具有视场大的优点但制作手续复杂，要用两次激光曝光，散斑噪声大，直接应用有困难。1977年底，杨振寰等研究成功了一步彩虹全息术，方法较为简便，而且已有了许多实际应用。一步彩虹全息和二步彩虹全息在本质上毫无区别。只是在记录彩虹全息图的步骤上更为简化罢了。彩虹全息术的本质是要在观察者与物体的再现像之间形成一个狭缝像，使观察者通过狭缝像来观察物体的像，以实现白光再现。一步彩虹全息图的记录光路是在普通离轴全息照相光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，以便用一次曝光就能把物体的像和狭缝的像同时记录下来。按照狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路可分为两种:一种是赝像记录光路，另一种是真像记录光路。本实验采用真像记录光路。在上图的实验光路中，狭缝和物体均位于成像透镜的焦点之外，二者的像均成在透镜的同一侧，全息干板H置于两个像之间稍靠近物像处来记录全息图。再现时用原参考光照明，人眼在狭缝像F‘的位置上观察再现像，可以看到物体的明亮的全息虚像。如果用白光再现，就会出现按彩虹颜色排列的狭缝实像。在这些狭缝像的位置上，人们可以看到不同色彩的准单色物体像。一步彩虹全息的相干散斑噪声较二步彩虹全息为小，但视场受成像透镜相对孔6径的限制。克服视场小的一个办法是使用大相对孔径的照相镜头作为成像透镜，或者将两个照相镜头串联使用；另一个办法是在物体经透镜所成的实像处加入—个场镜。一步彩虹全息术在制作透射型彩色全息图、彩色图像存储，全息干涉计量等方面具有许多用途。(四)实验步骤1.按照实验光路选择合适的光学元件。2.根据光路图选定物体的位置，将物体躺倒放在承物台上。在细激光束中加入分束镜BS和反射镜M，调整它们的位置，使得由BS反射的光束照射在物体的中央。然后加入扩束镜让，激光束经扩束后均匀照明物体。3.加入成像透镜L，并在其后放置毛玻璃寻找物体的实像。透过透镜看实像，同时调整物距和像距，使人眼恰好能看到整个实像。调好后在实像后放置干板架，使得干板架夹上去后距实像面约1cm。4.置入狭缝F，在干板架后面用毛玻璃找到狭缝像F，，移动F使F‘到干板H的距离为4cm左右。狭缝像的宽度约0.5cm左右。通过狭缝像观察物体的实像是否完整。若物体实像左右不全，可适当加大狭缝宽度，或更换较小的物体。5.量取物光光程，并调整参考光路中反射镜M4和扩束镜的位置，使参考光光程与物光光程接近相等。6.调整连续渐变分束镜BS，使参考光与物光的光强比在4:1~8:1之间。7.关闭光电开关K，在暗室中、将全息干板装夹到干板架上，使乳剂G朝向物体，待稳定后进行曝光。曝光后对干板进行常规处理，即得一步彩虹全息图。8.将制得的彩虹全息图分别用记录时参考光和共扼参考光进行再现，观察物体的像和狭缝的像，并注意它们各自的位置和虚实。9.再现时若用黑纸挡住全息图的大部分，而只从未被挡的那一小部分观察再现像，您发现了什么现象?10.在白光下观察彩虹全息图的再现像。观察时需先将全息图相对原来记录的位置在面内旋转90。，使躺倒的物体像正立起来。照明的方向应与原参考光的方向基本一致。在铅垂方向上改变观察位置，再现像的颜色将会变化;在水平方向上改变观察位置，再现像将具有立体感。当人眼与全息图之间的距离变化时，观察再现像的颜色有何变化?11.实验完毕后，请教师检查实验结果，请教师在实验报告册上签字。第二部分：实验(一)注意事项1.不要让激光直射眼睛，避免灼伤眼睛；2.激光电源输出是高压，注意不要碰到输出端；3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学镜面；4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。7(二)实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）(三)进行实验（参见“预习”中实验步骤）第三部分：思考1、与普通的离轴全息图相比较，一步彩虹全息图在记录和再现方面各有哪些特点。它们的主要区别是什么?2、试设计一步彩虹全息图的赝像记录光路，并作简要说明。试分析真像记录光路和赝像记录光路各有哪些优缺点?3、试分析一步彩虹全息图对成像透镜、狭缝、参考光源和再现光源各有什么要求?如何合理选择?8实验3全息应力分析第一部分：预习(一)实验目的1.掌握二次曝光法检测物体表面及内部缺陷的基本原理，加深对全息干涉计量基本原理的理解；2.学会用全息光弹法进行应力分析，并根据再现的干涉条纹形状，定性分析其形变和应力情况。(二)实验光路La－激光器BS－分束镜M1、M2、M3－全反镜Lc1、Lc2-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片SＦ－针孔滤波器(三)实验原理在全息光弹法中，可采用实时法和二次曝光法。实验光路如图所示。实验试样0用准直激光束照明，通过试样的物光包含有试样的信息，它照射在全息干板H上。参考光R也是准直光束，它从另一角度照射H，因而在H上可获得试样的全息图。二次曝光法是在同一块全息干板上作两次曝光，一次是记录初始物光波(相当于普通干涉的标准波面)的全息图；另一次是记录变化以后的物光波(相当于测试波面)的全息图。这两个全息图记录在同一块全息干板上；记录时顺序也可以颠倒。记录好的干板经显影、定影等处理后用原参考光照明，则在同一个衍射级里可同时再现两个物体的虚像，一个是初始状态下物体的像;另一个是受力变形后物体的像。这两个物光波面是相干的，在位相相同的部位，它们的振幅相加，形成亮条纹；在位相相反的部位，它们的振幅相减，形成暗条纹。根据附9加在物体像上的这些明暗相间的干涉条纹(等差线和等倾线)，通过测绘和计算，可以求出物体上各点的应力方向和大小。(四)实验步骤:1.按实验光路图安排好光路。参考光与物光的光束比一般在1：1-5：1之间。物光的夹角大约20。这样可避免在再现时参考光不至于太耀眼，以便于观察干涉条纹。试样采用两面经过抛光的有机玻璃圆环，用加力器夹持。2.用二次曝光法记录全息图，关闭光电开关K，在干板架上安装全息干板，记录对试件施加最佳力时物体的全息图，然后释放加在试件上的力，稳定一分钟后进行第二次曝光，记录初始状态下物体的全息图。两次记录的曝光时间大致相等。这是减载法。也可以与上述作法相反，采用加载法，在物体初始状态下进行第二次曝光；然后给物体加力，加到最佳力的数值后进行第二次曝光。3.取下全息干板进行常规处理，所制得的全息图用原参考光再现，可以看到重现的物体像上叠加着干涉条纹，这些条纹包括等差线和等倾线。通过分析这些条纹，可以测出物体内应力的方向和大小。由等倾线可以测出试件上各点的