实验三 全息技术 1948年，英国物理学家伽伯为了提高电子显微镜的分辨能力，发明了一种利用干涉和衍射的照相新技术它不是记录物体的平面影像，而是记录物体上各点的完全信息—振幅和位相，因此后来称这种技术为全息技术1962年利恩等人利用激光做光源，成功地进行了三维物体光波波前的记录和重建，全息技术进入了迅速发展时期因此它在精密计量、无损检验、信息存贮和处理、遥感技术和生物医学等方面有着广泛的应用现在，全息技术已成为一门仍在不断发展的新技术学科，并得到越来越多的应用本实验将通过静态光学全息照片的拍摄和再现观察，了解光学全息照相的基本原理、主要特征以及操作要领还要了解全息双曝光技术的基本原理，主要特征和操作要领一、实验目的 1.了解全息照相的基本原理和全息双曝光技术的基本原理2.学习静物全息照相的拍摄方法和双曝光技术的拍摄方法3.了解再现全息物象的性质和方法二、实验原理 全息照相是一种二步成像的照相术第一步如图3-1所示，采用相干光照明，利用干涉原理，把物体O在感光材料H处的光波波前记录下来，H经显影、定影处理后，这种记录就被保存下来，H被称为全息图第二步如图3-2所示，利用衍射原理，按一定条件用光照射这全息图H，原先被记录的物体光波的波前，就会重新被激活出来在H右方继续转播，就像原物O在原位发出的一样。
但要注意，这时H左方原物已取走，激活的是光波在H左方已不存在，所以，我们在H右方按重建的光波看到的“物”，只不过是与原物完全相同的一个三维像1、 物体光波波前的记录—摄制全息图（1） 参考光和物光的干涉如图3-1所示物光O和参考光R是相干的，它们的电矢量E的振动，在H所在的xy平面上的分布为e0(x,y)cos[和er(x,y)cos[,其中e0(x,y)，er(x,y)、、分别是O和R的振幅分布和初位相分布，在固定点是定值需注意，e0(x,y)，er(x,y)是物体各点衍射到（x,y）点的光叠加后的振幅和位相，根据波的独立传播特性 e0(x,y)cos[又是一群物体各点独立的衍射波在振动用复数表示时，把纯时间因子分离出来，于是得到O和R的复振幅（复矢量）分布为 图3-1物光波前的记录 图3-2物光波前的重建 （1） （2）E0，Er的叠加（即“干涉”）后的振幅分布E=E(x,y)=E0(x,y)+Er(x,y). (3)合振动的强度分布为 I=I（x,y）= (4)上式中E与E*量是共扼复数，所以 （5）为了便于分析，上式可改写成 （6）由此式可知，是基本恒定的，它是xy平面上的平均光强，是“直流”项；是随坐标变化的，是“交流”项。
后者携带着O光和R光的振幅和位相信息，因而是信息项，它的光强在平面上按坐标周期性的变化，因而形成了干涉条纹 特别是，当点物和点参考源都位于无限远，即O和R光皆为平行光时，干涉条纹是最简单的明暗相间的直线条纹，xy平面上光强的空间频率(某一物理量在单位长度上的重复次数叫做它的空间频率)是单一方向的单一值．尤其是er＝e0时，光强是在0～4e02之间变化，条纹的对比度最好．设二平面波的夹角为2，波长为A，对称入射H，易得xy平面上光强的空间频率为 N＝(2sin)/ (7) 容易推想，当物体有一定大小时，H处的光强分布极其复杂，它是一系列空间频率的大小不同、方向不同、强度也不同的干涉条纹的叠加，也就是构成了一个空间频率谱，简称频谱．图3 -3 乳胶的特性曲线把上述光强分布用感光介质线性地记录下来，也就记录了O光和R光在xy平面上的振幅和位相信息．(2)记录介质．有银盐乳胶、光致抗蚀剂等多种记录介质，前者仍是最常用的记录材料．负性乳胶干版的感光特性如图3-3所示，田中是振幅透过率，是曝光量．为了便于理解振幅透过率曲线，简述一下此曲线的测定：用一束强度恒定的单色光(如激光)照射干版，干版处的光强I可用激光功率计测定，光路中插入一可调减光器，调节光强和感光时间t,使干版不同的位置有不同的曝光量＝It．干版经显影定影处理后，再用恒定的光强照射相应的位置，透过的光强仍用激光功率计测定．设入射光强为i。
透过光强为i，固光强跟振幅的平方成正比，于是振幅透过率．对原先感过光的各位置逐一测量后就可描出曲线．从曲线可以看出，在不很大的中间那段，可用方程 (8)近似表示．式中是常数,
2)确定实验光路中心高度3)将激光器调整至中心高度，射出的激光束调整到与防震台面保持平行4)按实验光路图3-4布置渐变分光镜、全反射镜、载物台(放置被测物体)与漫射屏激光束经过分光镜后分成两束(物光和参考光)，最终物照射在漫射屏上5)转动渐变分光镜，调整透射光(物光)和反射光(参考光)的光强分配，最终照射在漫射屏上的物光与参考光的光强比在1：1～1：5之间6)适当调整全反射镜的位置，使物光和参考光的光程大致相等两者间的夹角在20°～30°之间7)在光路中放置过半球扩束镜，获得均匀的发散光8）遮住激光束，在暗房环境下将漫射屏换成全息干板，并对全息干板进行曝光9)对经过曝光的全息干板作显影、定影、冲洗处理10)激光以参考光相同的角度照射全息干板，实施全息再现2．两次曝光全息干涉图的拍摄 (1)按实验光路准备光学元器件2)确定实验光路中心高度3)将激光器调整至中心高度，射出的激光束调整到与防震台面保持平行4)按实验光路布置渐变分光镜、全反射镜、试件与漫射屏激光束经过分光镜后分成两束(物光和参考光)最终物照射在漫射屏上5)转动渐变分光镜，调整透射光(物光)和反射光(参考光)的光强分配，最终照射在漫射屏上的物光与参考光的光强比在1：1～1：5之间。
6)适当调整全反射镜的位置，使物光和参考光的光程大致相等两者间的夹角约在20°～30°之间7)在光路中放置过半球扩束镜，获得均匀的发散光8)遮住激光束，在暗房环境下将漫射屏换成全息干板，并对全息干板进 行第一次曝光（两秒）9)所有光学元件均保持不动，对试件中心加一微小的变形，再对全息干板进行第二次曝光10)对经过曝光的全息干板作显影、定影、冲洗处理11)激光以参考光相同的角度照射全息干板，实施全息再现六、保养与使用须知 1．仪器的工作环境：温度应控制在26'(2以下，5'C以上；相对湿度在70％以下 2．去除光学元件上的灰尘，最好使用吹气球，尽量避免直接揩拭 3．青勿用手直接触摸光学元件表面 4．若光学元件表面沾上油污，手指印等，请用擦镜纸或软布沾无水乙醇和乙醚(分析纯)1：1的混合液轻轻揩拭 5．眼睛不能正面直视激光束，以避免激光对眼睛的伤害七、思考与讨论 1．你怎样理解一般全息图每点上都记录了物体上各点光的完全信息?像面全息也是这样吗?为什么?2．拍摄全息图时，光路布置要注意些什么? 。