大学物理实验_光学全息照相

光学。相

光学全息照相 冲洗过程为:显影一停显一水洗一定影一水洗一漂白 【实验原理】 水洗一脱水 1.全息照相的概念,与普通照相的区别 4.全息照片的再现 普通照相是将被摄物在某个瞬间漫射的光波(物光波) 冲洗过后的全息图相当于一个光栅,用原参考光束照明 所反映的物的亮度分布成像于底片上,记录的是与物光波 该光栅,其衍射光线将产生表征原物光波特性的光学现象, 即得到清晰的物体的逼真立体像,这个过程称为全息图的 振幅平方成比例的强度分布,而丢失了相位信息,因此, 普通照片上的物像没有立体感 再现。 所谓“全息”即全部信息,包括物光波的振幅和相位 【实验步骤与注意事项】 使用干涉法把上述全部信息都记录下来,而后由得到的全 1.按光路图布置光学元件 息照片(全息图)再现物光波,可形成与原物逼真的三维 调整光学元件的光学中心等高并竖直放置,使这些光 像,这个过程叫做全息照相 束尽量在一个水平面上照射 2.拍摄全息图的典型光路分析 物光与参考光的程差尽量小(几厘米内),并充分使 用全息台的长宽,尽量拉大上述光程,以增加括束镜可调 范围 参考光 氦氖激光器 物光与参考光的夹角θ控制在之间; 调节分束镜使参考光和物光的光强比在2:1-10:1之 间,拍摄物与干板距离不宜过远,否则物光太弱; 被摄物 遮光屏 被摄物及全息干板应被均匀照明,并且照明范围尽量大。 2.拍摄全息照片 「镜 曝光时间设为10秒左右(依据干板的感光性质和物光 的强弱来设定,物光较弱时可适当增加曝光时间) 在上图中,物光O与参考光R在干板上相干叠加,合成 干板涂有感光乳剂药膜的一面朝向物光和参考光照射 光的强度分布不随时间变化,只与空间有关,并且将相位信 的方向; 息转换为强度信息,以适合现有的记录介质只对光强产生响 3.全息干板的冲洗 应的特点。 显影时间约1分钟,定影3分钟,冲洗时使干板药膜 3.全息干板的冲洗

光学全息照相 【实验原理】 1．全息照相的概念，与普通照相的区别 普通照相是将被摄物在某个瞬间漫射的光波（物光波） 所反映的物的亮度分布成像于底片上，记录的是与物光波 振幅平方成比例的强度分布，而丢失了相位信息，因此， 普通照片上的物像没有立体感。 所谓“全息”即全部信息，包括物光波的振幅和相位。 使用干涉法把上述全部信息都记录下来，而后由得到的全 息照片（全息图）再现物光波，可形成与原物逼真的三维 像，这个过程叫做全息照相。 2．拍摄全息图的典型光路分析 参考光 扩束镜 物 光 分束镜 反射镜 θ 氦 氖 激 光 器 被摄物 感 光 干 板 遮光屏 在上图中，物光O与参考光R在干板上相干叠加，合成 光的强度分布不随时间变化，只与空间有关，并且将相位信 息转换为强度信息，以适合现有的记录介质只对光强产生响 应的特点。 冲洗过程为：显影－停显－水洗－定影－水洗－漂白－ 水洗－脱水 4．全息照片的再现 冲洗过后的全息图相当于一个光栅，用原参考光束照明 该光栅，其衍射光线将产生表征原物光波特性的光学现象， 即得到清晰的物体的逼真立体像，这个过程称为全息图的 再现。 【实验步骤与注意事项】 1．按光路图布置光学元件 调整光学元件的光学中心等高并竖直放置，使这些光 束尽量在一个水平面上照射； 物光与参考光的程差尽量小（几厘米内），并充分使 用全息台的长宽，尽量拉大上述光程，以增加括束镜可调 范围； 物光与参考光的夹角θ控制在之间； 调节分束镜使参考光和物光的光强比在2：1－10：1之 间，拍摄物与干板距离不宜过远，否则物光太弱； 被摄物及全息干板应被均匀照明，并且照明范围尽量大。 2．拍摄全息照片 曝光时间设为10秒左右（依据干板的感光性质和物光 的强弱来设定，物光较弱时可适当增加曝光时间）； 干板涂有感光乳剂药膜的一面朝向物光和参考光照射 的方向； 3．全息干板的冲洗 显影时间约1分钟，定影3分钟，冲洗时使干板药膜 3．全息干板的冲洗

面朝上,以免药膜面被容器底部划伤 干涉条纹亮暗相间,其亮暗对比度取决于物光和参考光 叠加时的合成光的光强,由公式知物光与参考光的光强越强 通常实验室使用的两种漂白液都有毒,漂白时务必用夹子 干涉条纹的亮暗对比度越强,条纹越清晰,成像也越清晰 夹住干板边缘,不可手 但是为保证宽广的视野,经括束后的激光应照亮被摄物尽量 干板脱水时使用吹风机的冷风档,最好不用热风吹干。 大的范围,这就与增强物光光强相矛盾,所以当光强较弱时 可适当增加曝光时间,使感光干板充分感光 再现冲洗后的全息干板 3.物光和参考光的夹角0与干涉条纹 正一级衍射光产生虚像:经括束的再现光以拍摄时参考 光的入射角度照射干板药膜面,可观察到正立三维虚像(照 由公式干涉条纹间距知,d与θ成反比,θ越大,条纹越 射非药膜面可观察到倒立三维像) 密,图象质量越好,但并不意味着可以得到更清晰的像。实 负一级衍射光产生实像:观察虚像后,将干板反转180度 验室规定θ调节在之间,考虑如下:①感光干板可记录的条 纹密度;②环境不稳定导致干涉条纹轻微晃动,条纹越密 去掉括束镜,用细激光束直接照射干板,在干板后面可用白 这种干扰带来的影响就越明显,可能导致条纹不清晰,成像 屏接到正立实像(转动干板,可在白屏上位于细激光束光点 也模糊 的另外一侧接到倒立像) 4.曝光时间的调整 若将干板打碎,其任一碎片均可再现完整的像(但应注意 再现光的照射角度)。 设定曝光时间应考虑两个方面:感光干板的感光性质(即 对该种光的敏感程度);光的强度(尤其是物光),若光强 5.注意事项 偏弱,应适当增加曝光时间。同时曝光时间较长时,环境安 保持光学元件清洁,尤其不要手摸镜面;不得直视细激光 静和系统稳定尤其重要。 束,以免伤害眼睛;干板在冲洗好之前应注意避光保存 5.显影时间的把握 【结果分析】一怎样得到更清晰视野更宽广的像? 曝光后的干板经显影后呈深灰色,显影不够则颜色较浅, 1.物光和参考光的程差与干涉条纹 显影过度则颜色偏深。若显影不够,再现时的像的明暗对比 度较弱,像的轮廓不够突出:若显影过度,使得曝光时其它 光源发出的光分为两束后叠加,仅当两束光的程差小于其 较弱的杂散光线造成的影响也被冲洗出来,形成噪声。 相干长度时,才能干涉。而相干长度取决于光的单色性,单 色性越好,相干长度越长。实验中使用激光,因此并不要求 6.所见即所得 物光与参考光的光程绝对相等(程差几厘米内) 再现观察物像时,就象人眼贴于干板处直接观察被摄物 2.物光和参考光的光强与干涉条纹 样,因此应调整好物的高度及希望看到的物像的侧面

面朝上，以免药膜面被容器底部划伤； 通常实验室使用的两种漂白液都有毒，漂白时务必用夹子 夹住干板边缘，不可手持； 干板脱水时使用吹风机的冷风档，最好不用热风吹干。 4．再现冲洗后的全息干板 正一级衍射光产生虚像：经括束的再现光以拍摄时参考 光的入射角度照射干板药膜面，可观察到正立三维虚像（照 射非药膜面可观察到倒立三维像）； 负一级衍射光产生实像：观察虚像后，将干板反转180度， 去掉括束镜，用细激光束直接照射干板，在干板后面可用白 屏接到正立实像（转动干板，可在白屏上位于细激光束光点 的另外一侧接到倒立像）； 若将干板打碎，其任一碎片均可再现完整的像（但应注意 再现光的照射角度）。 5．注意事项 保持光学元件清洁，尤其不要手摸镜面；不得直视细激光 束，以免伤害眼睛；干板在冲洗好之前应注意避光保存。 【结果分析】—怎样得到更清晰视野更宽广的像？ 1．物光和参考光的程差与干涉条纹 光源发出的光分为两束后叠加，仅当两束光的程差小于其 相干长度时，才能干涉。而相干长度取决于光的单色性，单 色性越好，相干长度越长。实验中使用激光，因此并不要求 物光与参考光的光程绝对相等（程差几厘米内）。 2．物光和参考光的光强与干涉条纹 干涉条纹亮暗相间，其亮暗对比度取决于物光和参考光 叠加时的合成光的光强，由公式知物光与参考光的光强越强， 干涉条纹的亮暗对比度越强，条纹越清晰，成像也越清晰。 但是为保证宽广的视野，经括束后的激光应照亮被摄物尽量 大的范围，这就与增强物光光强相矛盾，所以当光强较弱时 可适当增加曝光时间，使感光干板充分感光。 3．物光和参考光的夹角θ与干涉条纹 由公式干涉条纹间距知，d与θ成反比，θ越大，条纹越 密，图象质量越好，但并不意味着可以得到更清晰的像。实 验室规定θ调节在之间，考虑如下：①感光干板可记录的条 纹密度；②环境不稳定导致干涉条纹轻微晃动，条纹越密， 这种干扰带来的影响就越明显，可能导致条纹不清晰，成像 也模糊。 4．曝光时间的调整 设定曝光时间应考虑两个方面：感光干板的感光性质（即 对该种光的敏感程度）；光的强度（尤其是物光），若光强 偏弱，应适当增加曝光时间。同时曝光时间较长时，环境安 静和系统稳定尤其重要。 5．显影时间的把握 曝光后的干板经显影后呈深灰色，显影不够则颜色较浅， 显影过度则颜色偏深。若显影不够，再现时的像的明暗对比 度较弱，像的轮廓不够突出；若显影过度，使得曝光时其它 较弱的杂散光线造成的影响也被冲洗出来，形成噪声。 6．所见即所得 再现观察物像时，就象人眼贴于干板处直接观察被摄物 一样，因此应调整好物的高度及希望看到的物像的侧面