全息照相实验报告

全息照相实验报告实验目的1．了解全息照相的基本原理；2．学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图实验原理一．透射式全息照相1.全息记录将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，即记录了底片所在位置物光波前的振幅和相位光可看作由物体上各点所发出的球面波的叠加。P(x0,y0,z0)发出的球面波为设感光底片所在平面为z＝0，则此平面上物光波前为若参考光为一束平面波，其传播方向在y－z平面上，且与底片法线成α角，z＝0处参考光波前可表示为底片上总复振幅分布为底片上的光强分布则为以上式得或适当控制曝光量及显影条件，可以使全息图的振幅透过律t与曝光量E（正比于光强I）成线性关系，即式中t0和β为常数。全息照相和普通照相的区别：（1）普通照相中，物通过透镜成像在底片上，物、像之间有点点对应关系。全息照相中不用成像透镜，物、像之间不存在点点对应关系。物上每一点发出的球面波照在整个底片上。反之，底片上每一点又记录了所有物点发出的光波。（2）普通照相中，底片记录的是光强分布，而全息底片记录的则是物光和参考光的干涉条纹光强有极大值光强有极小值干涉条纹的反衬度γ定义为对于一定的参考光（Ar为已知），γ取决于A0。干涉条纹的反衬度γ反映了物光振幅A0，而干涉条纹的间距则决定于𝜑0−𝜑𝑟随位置变化的快慢。也就是说，对一定的𝜑𝑟来说，干涉条纹的间距和取向反映了物光波前的相位分布𝜑0(x,y)因此底片记录了干涉条纹，也就是记录了物光波前的全部信息－振幅A0和相位𝜑0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将之前式子代入得到这样，透过全息图以后z＝0平面上波前可以分成为上式所表示的三项。第一项0级衍射，平面波。第二项＋1级衍射，重现了和原来物体发出的光波完全一样的波前，虚像，球面发散波。第三项－1级衍射，包含了物光的共轭波前还有相位因子，实像，会聚球面波。与参考光相反的照明光也能重现虚像和实像，但重现像的位置有相应的变化。3．参考光为球面波的全息照相重现时有可能两个都是虚像。此外，重现照明光的点光源和原参考光点光源必须在相同位置（相对于底片）才能得到无畸变虚像。如要得到无畸变的实像，则应以参考光的共轭光――一束会聚在原参考光点源的会聚光去照明底片。二．反射式全息照相反射式全息照相也称为白光重现全息照相，这种全息照相用相干光记录全息图，而用“白光”照明得到重现像。利用了布拉格条件来选择波长。记录全息图时，相邻两银层之间距离近似于半波长，重现光在这三维物体上的衍射极大值必须满足下列条件：（1）光从银层上反射时，反射角等于入射角（2）相邻两银层的反射光之间光程差必须是λ。这就是布拉格条件。当不同波长的混合光以一确定的入射角i照明底片时，只有波长满足λ=2dcos𝑖的光才能有衍射极大值。对同一张底片，i愈大，反射光的波长愈短。实验内容1.透射式全息图的记录（1）打开激光器，设计安排光路（参看图35－4）。（2）关闭快门挡住激光，将底片装在底片夹上，。静置二三分钟后进行曝光。（3）对曝光后的底片作化学处理。步骤：①在蒸馏水内静置10~20秒；②在浓度为40%的异丙醇中脱水1分钟。③在浓度为60%的异丙醇中脱水1分钟。④在浓度为80%的异丙醇中脱水15秒。⑤在浓度为100%的异丙醇中脱水，直至出现清晰、明亮的红色或黄绿色图象为止。⑥取出干版，迅速用吹风机热风快速吹干直到全息图重现象变为金黄色清晰、明亮图象为止2．透射式全息图的重现（1）用透镜将激光扩束后照明全息图（2）平移全息底片，使其向光源靠近或远离，观察像的变化。（3）用一张有φ=5mm小孔的黑纸贴近全息底片，人眼通过小孔观察全息虚像（4）将底片绕铅垂轴转180º用会聚光或未扩束平行光照明底片，用毛玻璃找实像（5）将全息图放在生物显微镜下观察其干涉条纹。估算干涉条纹间距3.反射式全息图物光和参考光来自同一束光，物面最好有金属光泽。物距干板不宜太远以保证时间相干性。重现时可用白光。实验现象反射式物象比较不明显，表面有白色雾气状的杂质，干扰了重现的效果只能看到隐约的三枚硬币，能观察到1角和兰花图案透射式这个实验较成功，能够大致清晰的看到三枚硬币，非常有立体感。实验小结及注意事项1）激光更强则制作的效果要更好一些，保证一个很好的光源。2）一定要保证物光和参考光之间良好的相干性，即尽可能使两束光光程相等。3）保证全息照相所用系统的稳定性。在曝光时要静止不动，避免因活动引起空气密度的改变，而让实验失败4）光路系统应满足下列要求：•经透镜扩展后的参考光应均匀照在整个底片上，被摄物体各部分也应得到较均匀照明•物光和参考光的光程大致相等•在底片处物光和参考光的光强比约为1：2～1：65）使乳胶面对着光入射方向6）吹风机吹干的时候不能靠的太近，避免产生白色的雾气影响效果7）在用试剂浸泡的时候要尽量严格按照标注的时间执行，第一个反射试验没有成功有很大的可能是因为在浸泡的时候超时了