全息开题报告

吕梁学院2015届毕业论文（设计）开题报告（学生用表）系（部）：物理系专业：物理学班级：1104班实验名称用全息二次成像法测量微小位移指导教师王晓军学生王旭明学号20110502420一、课题的来源及研究意义全息的原理在1947年由英国物理学家丹尼斯伽柏提出的，该科学家本人也因此获得了诺贝尔奖。在全息影像拍摄时，记录下光波本身以及二束光相对的位相，位相是由实物与参考光线之间位置差异造成的，从全息照片上的干涉条纹上我们看不到物体的成像，必须使用具有凝聚力的激光来准确瞄准目标照射全息片，从而再现出物光的全部信息。科学家班顿后来又发现了更为简便使用白光还原影像的方法，从而使这项技术逐渐走向实用阶段。美国《国家地理杂志》第一次使用白色光全息片贴在封面时，销售量由一千万份增加到再版后的一千六百万份。这一技术后由美国传到欧洲和其它国家，广泛用于信用卡等仿伪技术，激光全息摄影技术也随之风靡全世界。二次成像法就是利用图全息的可多重记录的特点，用同一参考光，在同一张全息干板上对被测物体位移前后进行两次曝光，这样同一张干板上就能记录物体位移前后的全部信息。当干板经显影、定影处理，在原参考光下还原时，由于位移前后的两物光光波有一定的相位差异，故在相汇处会形成干涉条纹，我们利用这些干涉条纹就可计算出物体的位移量。二、国内外发展状况及研究背景从国外在该领域的研究情况来看，1990年美国麻省理工学院（MIT)媒体实验室为首的空间成像小组利用全息视频技术取得了突破性进展，于19994年MarkLuente研究的快速算法对三维全息图的带宽进行了了压缩，使得三维显示更强。2000年MIT和日本大坂城市大学相继研究出实时的三维全息空间成像系统。2000年波兰华沙大学SutKowsKi.M.和KnjawinsKa.M以数字全息概念开展了用高分辨率液晶二维CCD和高精度距离选痛技术直接获取物体的灰度和相位的研究。从国内研究来看，对全息的研究甚少，但厦门大学物理系在光全息显示方面作了研究工作，并利用液晶显示了静态的全息图像。苏州大学现代光学研究所较早开展了数字全息的研究。并通过激光刻蚀技术。在新材料上生产了特定图像的特定基元全息光栅的方法。衍射生成三维图像。上海光机所等院所在X光衍射方面开展了研究工作，通过X光全息，研究材料的结构。三、课题的研究目的和内容1、目标：学习摄制全息图和再现物体像；利用全息二次成像法测量微小位移。2、内容：二次成像法测量物体的微小位移的原理图图1二次曝光法原理图由此图可知两光束的光程差为：如图1所示采用氦-氖激光器产生的激光作为入射光，激光经扩束镜C扩束后到达分束镜B，分束镜将扩束后的激光分为两束，一束经平面镜M反射后到达干板H，即MH为参考光，一束经照射物体(硬币)散射后到达干板H，即OH为物光。设物体上一点P，形变后位置为P1，有一微小位移d,如图3所示，照明光源位置为S，全息干板的位置为H，12分别为入射光与位移的夹角、位移与干板所接收的反射光的夹角。=)cos(cos21d（1）相应的相位差为=2)cos(cos21d（2）(a)(b)图2一维矢量分析图由于位移与物光光程差相比是一极小量，可以认为物体形变前后1和2不变，如图2（b）所示=21（1+2），即入射光与反射光夹角的一半，它反映了角平分线所在位置，=21（1-2），为角平分线与位移方向的夹角，则：HSSH=2d(cos1+cos2)=2d2cos212cos21=coscos4d[8]（3）其中cosd表示位移在角平分线上的分量，用d来表示，在再现像上亮条纹处N2，则d=cosd=cos2k=cos2N[8]（4）由此可知每一张全息图可以给出平行于入射光和反射光夹角平分线上的位移分量，即给出平行于照明和观察方向夹角平分线上的分量。实验时，只需测量出1、2的大小，数出明条纹的级数，即可测得物体的微小位移。实验设备及材料相干性好是光源、显影定影药水、防震光学平台、激光器、快门、分束镜、反射镜、扩束镜、全息干板架，曝光控制器、照度计、全息干板器皿。实验方法步骤（1）按照如图3所示的原理图摆放实物光学元件，并检查实验平台是否平稳。图3二次曝光法实物图（2）调试光路，看物光和参考光是否汇聚到干板上，具体的办法是在干板处摆放一张白屏，遮挡物光，看是否有参考光到达白屏，遮挡参考光，看看物光也能否到达白屏，同时注意比较参考光和物光的强度，尽量使参考光弱些，减弱参考光的具体办法是在干板与反射镜之间添加分束镜。（3）按照图3所示，在载物台中央摆放硬币，并调节物光至最强。（4）全息图的拍摄。遮挡激光光源，关闭照明灯，将干板置于图4中的相应位置，待光路稳定（约为2——3分钟）后，把遮挡激光光源的黑纸轻轻移开，使干板进行第一次曝光，。待曝光约20——40秒后，再用黑纸将激光光源挡住，旋转载物台上的调节螺母，使硬币发生一微小位移，待光路稳定后，轻轻移开黑纸，让干板进行第二次曝光，记录下硬币位移后的全息图。曝光完后关闭激光光源。将底片取下，在暗室条件下对底片进行显影、定影等处理。（5）将经上述处理后的干板放回原光路中，用黑纸挡住物光，逆着物光方向观察全息图，用CCD拍摄下硬币最清晰的图像。（6）测量并记录下干板H、物体（硬币）O、分束镜BS间的夹角HOB的大小及入射光、反射光与位移的夹角1、2。四、研究方法及进度安排（1）研究方法：通过文献研究法和实验研究法，在导师的指导下，逐步完成毕业论文。（2）进度安排:3月9日-3月30日，熟悉毕业设计内容，查资料做出初步设计方案，准备开题报告并进行开题答辨。4月5日-5月19日，递交论文，通过指导教师的指导，进行修改与完善。5月底，整理毕业设计，查缺补漏，准备答辩。五、研究方案的可行性分析和已具备的研究条件。全息二次成像法测微小位移对实验环境和实验条件要求很高，但实验防震平台可保证拍摄系统的稳定性、通过学习阅读资料我已掌握安排和调整光路的具体做法。专业课学习过全息成像原理，有一定的基础。学校图书馆有大量关于全息成像的资料可参考，实验室有相应的实验器材。六、参考文献[1]吴先球，熊予莹主编.近代物理实验教程（第二版）[M].北京：（科学出版社），2009，113~119.[2]郭昕.全息技术基本原理及双曝光全息干涉计量技术在微小位移测量上的应用[EB/OL][3]赵九江，张少实，王春香.材料力学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.138.[4]任隆良，谷晋骐.物理实验[M].天津：天津大学出版社，2003.365~369.[5]赵凯华，钟锡华.光学（下）[M].北京：北京出版社，1982.150~155.[6]邬铭新，李朝荣.基础物理实验[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.61~364[7]吴震.光干涉测量技术.北京：中国计量出版社，1995:133,414~418.[8]王永昭.光学全息.北京：机械工业出版社，1998:250~252.[9]谢宜燕.激光全息无损检验实验[J].大学物理实验，2000（3）:47~49.[10]高金光.对提高激光全息照片质量的研究[J].潍坊学院学报，2003,3（4）:35~36.指导教师意见：（签字）年月日注：本表可根据内容续页。