全息专题实验报告

全息实验报告【背景】全息术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。DennisGabor是全息照相技术的发明者，由此获得了诺贝尔物理学奖。自此，全息技术逐渐发展起来，近五十年来全息术的研究日趋广泛深入，逐渐开辟了全息应用的新领域，成为近代光学一个重要分支。现如今全息术已渗透到社会生活的各个领域,并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中，例如利用全息技术进行艺术品展示、防伪商标、3D全息显示屏等，在未来，全息技术还可能被用于全息电视。【实验目的】1.复习且巩固全息照相的基本原理与相片制作的处理方法。2.掌握调节光路的方法。3.掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图；4.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；【实验仪器】全息实验台，激光器，分束镜，反射镜，扩束镜，载物台，底片夹，被摄物体，全息干板，显影及定影器材，凸透镜全息照相【实验原理】全息照相是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。全息照相过程：一.把物体光波的全部信息记录在感光材料上（记录过程）。二.照明已被记录下来的全部信息的感光材料，使其再现原始物体的光波（再现过程）。实验光路图【实验内容与步骤】1．全息照相光路调整按上图所示光路安排各光学元件，并作如下调整：（a）使各元件中心点对应的法线平行于桌面并且基本等高；(b)在底片架上夹一块玻片，使参考光均匀照在玻片上、入射光均匀照亮被摄物体，且其漫反射光能照射到白屏上，调节参考光与物光夹角在30°左右；(c)使物光和参考光的光程大致相等，光程差小于2cm；(d)可分别挡住物光和参考光调节其光强比约1:3～1:10，两光束有足够大的重叠区；(e)所有光学元件必须通过磁钢与平台保持稳定；2．全息照片的记录设置好曝光时间。拿下玻片，用挡光板挡住激光器的光束，在底片夹上装全息干板，使底片的药膜面对着物光和参考光，移开挡光板进行曝光。然后关闭激光器，取下底片待处理。（或者一次曝光后，移动全息干板一小段位移，再进行二次曝光。）3．照相底片的冲洗取下曝光后的底片，用清水打湿，放入显影液后，刚发现变色后，马上取出，并用清水冲洗，再放入定影液中定影，然后用流水冲洗，使多余的银粒冲去。再用电吹风吹干。4．全息照片的再现观察用经扩束后的激光照射底片，可观察到清晰的原物体（或者干涉条纹）。【实验结果】【误差分析】1.扩束镜，反射镜等光学仪器调试不当有俯仰角度问题的出现导致光路不平行引起光程差较大，导致图像不太明显。2.定影显影时间把握不够。3.物光与参考光的夹角略大于三十度，导致分辨率降低。像面全息【实验原理】像面全息图是一种可用白光再现的全息图，它记录的是物体的几何像，换言之是把成像光束作为物光波，相当于“物”与全息干板重合。白光再现时各波长所对应的再现象在空间几乎重叠，把像模糊抑制在最低水平。像面全息图再现时可得到立体感很强的像。根据菲涅耳点源全息图理论，再现光源宽度的影响:∆𝑥𝑖=𝑧𝑖𝑧𝑝∆𝑥𝑝（1）式（1）中，∆𝑥𝑖为再现象在x方向的展宽，∆𝑥𝑝为再现光源在x方向的宽度，𝑧𝑖、𝑧𝑝分别为再现象、再现光源与全息图之间的距离；而再现光源光谱宽度的影响:∆𝑥𝑖=±∆𝜆2𝜆1(𝑥0𝑧0−𝑥𝑟𝑧𝑟)𝑧𝑖（2）式（2）中，∆𝜆2为再现光源光谱宽度，𝜆1为拍摄全息图时激光的波长，、x0,xr分别为物体和参考光源与全息图平面在x方向的距离，z0、zr分别为物体和参考光源与全息图平面在Z方向的距离，当,此时∆𝑥𝑖→0,可克服上述二种影响，因此可用白光再现。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，故再现像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距离。可见，各波长的再现像将相互错开又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。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罢了。这就是像面全息图可以用白光照明再现的原因所在。【实验内容与步骤】见上文全息照相的实验内容，实验图如下：【实验结果】全息干板上的图像无论是在激光束下还是在白光下都比较难看出来。【误差分析】1.显影时间过短。2.由于全息图上所记录的是参考光和物干涉条纹,而这些条纹非常细,在曝光过程中,极小的振动和位移都会引起干涉条纹模糊不清，甚至使干涉条纹不能完全记录下来。3.参考光跟物光的光程差太大，两者不能很好地相干，导致图像不能清晰地记录下。4.物光比参考光强，降低了成像的光通量【注意事项】1）物光与参考光夹角要在30°左右。2）物光与参考光的光程差要小于2cm。3）光束等高且平行。4）物光比参考光要强。照在全息干板上的物光与参考光要重叠。5）全息干板有药膜的一面对着物光与参考光。6）底片冲洗的顺序不能乱:清水冲→显影→清水冲→定影→清水冲→吹干。7）曝光时，避免空气流动与室内震动。【实验总结与反思】问题所在：1.物光过于弱；2.物光和参考光最强点聚焦于全息干板上；3.光程差调节不合理；4.物光与参考光的夹角比较难调节；5.物体与干板的距离不合适；6.显影时间把握不好。反思：实验中最根本的问题就是一开始的光路设计不够好，且在调节时还一边在改光路，导致效率太低而且上述的问题同时出现，因此下次实验我们将会着眼于光路的设计，然后先大致的调节好位置再细调节。谨记在光路调节好后再放扩束镜。