物理实验-全息照相-实验报告

首都师范大学物理实验报告班级__信工C班___组别______D______姓名____李铃______学号_1111000048_日期___2013.3.6___指导教师___张波____【实验题目】_________全息照相【实验目的】1.了解全息摄影的基本原理、实验装置以及实验方法；2.掌握激光全息摄影和激光再现的实验技术；3.通过观察全息图像的再现，弄清全息照片和普通照片的本质区别【实验仪器】防震全息台，氦—氖激光器，扩束透镜，分束棱镜（或分束板），反射镜，毛玻璃屏，调节支架，米尺，计时器，照相冲洗设备等。【实验原理】全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。全息图种类很多，有菲涅耳图、夫琅和费图、傅立叶变换全息图、彩虹全息图、像全息图、体积全息图等。不管哪种全息图都要分成两步来完成，即用干涉法记录光波全息图，称波前记录；用衍射原理使原光波波前再现，称波前再现。1.全息照相的过程物体发出的包含振幅和位相信息的光可以用下式表示：其中：为振幅，为位相。普通摄影只能记录物体光波的振幅信息，而位相信息全部丢失，因此照片没有立体感。数学表达式为：首都师范大学物理实验报告实际上没有任何一种感光材料可以直接记录光波的位相，在全息摄影中我们利用光的干涉原理来记录光波的振幅和位相信息。如右图所示，激光器L发出的激光由分束镜BS将光线一分为二，透射光线经反射镜M2反射再经过扩束后照射在被摄物体上，这束光线称为物光(O光)；反射光线经反射镜M1反射再经过扩束后直接照射在感光材料上，因而称为参考光(R光)；两束光线在P处相干并形成干涉条纹，这些条纹记录了物光的所有振幅和位相信息。数学表达式如下：物光为：参考光为：两光相干后总光强为：两光相干后总光强的表达式说明全息图中包念着物光的振幅和位相信息，它们全部被记录在感光材料上，并以干涉条纹的形式表现出来。感光材料（全息干板或胶片）经过曝光、显影和定影后，即可得到一张菲涅耳全息图。2.全息相片的再现过程：将制作好的全息图放回原处，遮挡住物光()并取走被摄物体，用原参考光照明，则透过这张全息图的光强为：上式中的第二项与原物光光波只相差一个系数R，这说明通过全息图的出射光包含原物光的全部信息。所以我们透过全息图可以看到在原来放置物体的地方有物体的虚像，就像物体没有被取走一样。如右图所示。物体的虚像具有明显的视差效应，当人们通过全息图观察物体的虚像时，就像通过一个“窗口”观察真实物体一样，具有强烈的三维立体感。当人眼在全息图前面左右移动或上下移动时，我们可以看到物体的不同部位。即使全息干板破损、变小，但原物光的信息还保存在干涉条纹之中，所以我们通过参考光的照射同样可以看到物体的虚像，只是大小发生了变化。【实验内容】首都师范大学物理实验报告（1）在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，调节扩束镜C1使物光均匀地照射在被摄物体上，调节物体的方位使物体漫反射光的最强部分均匀地照射在白屏上。调节扩束镜C2使参考光均匀地照射在整个白屏上。这时物光和参考光在白屏上完全重叠。（2）完全挡住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，换上全息干板，并将药膜面（手感发涩）朝着光的方向安装在全息干板支架上。稳定1~2min后开始曝光，曝光60秒。（3）将曝光后的全息干板在暗室内进行常规的显影、停显、定影、水洗、干燥等处理，即可得到一张漫反射的三维全息图。（4）将冲洗好的全息图放回到干板支架上，拿去被摄物体，挡住物光，用原参考光照明全息图，在其后面观察重现的虚像。我们可以看到在原来放置被摄物体的地方有一虚像，人眼上下左右缓慢地移动，可以看到物体的各个部位。将全息图挡去一部分，观察虚像有何变化。注意事项：曝光时注意不要碰台面；不要坐着进行实验，以免眼睛灼伤。【原始数据】首都师范大学物理实验报告【数据处理】首都师范大学物理实验报告【实验数据分析】【思考题】1.普通照相与全息照相的区别是什么？答：普通的照相利用透镜成像原理，在感光胶片/器件上记录反映被摄物体表面光强变化的表面像，从照片中看到的拍摄物是平面的。而全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同，因而全息照相不仅记录了被摄物体的反射光波强度(振幅)，还记录了反射光波的相位信息。用激光照射，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。2.为什么每一个碎片都能产生完整的像？答：全息照相是由单色光（一般用激光）的衍射条纹组成的，每个面积上都记录有“全部信息”。