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1、 目 录摘 要1Abstract11.引言12.白光再现全息照相概述22.1全息照相的发展 2 2.2全息照相的原理 2 2.3白光再现全息原理33.实验3 3.1第一种拍摄方法3 3.2第二种拍摄方法54.实验结果讨论与分析65.结束语 7参考文献 7白光再现全息照相实验研究学生姓名：XXXX 学号：XXXX 学 院：XXXX 专业：XXXX 指导教师：XXXX 职称：XXXX摘 要：本文介绍了全息照相的实验原理和实验方法，全息照相是利用光的干涉和衍射的原理，将物体发射的特定光波的形式记录下来，并在一定的条件下使其再现，形成原物逼真的立体的像。因为它记录了物体光波的全部信息（振幅和相位），因
2、此称为全息术或全息照相。本次实验设计了两种不同的光路来拍摄白光再现全息照片，探究不同光路的区别。关键词：白光再现；全息照相；干涉；衍射White reproduction holographic experimental researchAbstract:This paper introduces the principle of the experiment of hologram and experimental method.Hologram takes advantage of the principle of light interference and diffraction ,r
3、ecords the certain wavelengths of the launch of objects,and under certain conditions to make it reappear ,to form the original lifelike three-dimensional image.because it records all the information in the object light waves(amplitude and phase),so be called holography or hologram.This experiment wa
4、s designed two different optical path to white reproduction holographic photos, to explore the different optical path difference.Key Words:white reproduction；holographic ；interference；diffraction1.引言 1948年伽柏提出一种全新的两步无透镜成像法全息照相，也称为波阵面再现术。整个过程由两步波阵面记录和波阵面再现来完成。在波阵面记录过程中，引入适当的相干参考波，使它与由物体衍射的光（物光）相干涉，把这
5、干涉场记录下来，即可得到一张全息图。全息图是与物体毫不相似的干涉图，它上面不仅记录了物光的振幅信息而且也把在普通照相过程中丢失的相位信息记录下来。它具有三维立体性、可分割性以及信息容量大等特点。2.白光再现全息照相概述 白光再现全息照相是让物光和参考光从乳胶底版两侧入射，夹角约为180度，由于乳胶底版有一定的厚度，其内部也有物光和参考光的相互干涉，干涉条纹也被记录下来，经处理后记录了干涉条纹的全息照片可以看做是复杂的三维光栅，当用再现光照射该光栅时，其衍射波能重现原来的物光波，在照片后原物的位置就可以观察到原被照射物的三维图像。2.1全息照相的发展全息照相的发展到现在可以分为四个阶段：第一阶段
6、是用水银灯记录同轴全息图，由于没有好的相干光源，再现像与共轴像不能分离；第二阶段是用激光记录、激光再现的全息照相，能够把原始像和共轴像分离；第三阶段是用激光记录、白光再现的全息照相；第四阶段是当前所致力的白光记录图。第二代全息照相再现时受光源的限制，难以走出实验室，同时，由于白光再现的全息照相在各个领域都有较高的应用价值。因此，研究白光再现非常有意义。2.2全息照相的原理全息照相是利用光的干涉进行全息记录的。我们用 （1）上每一点振幅和相位的全部信息，我们用同一激光源的另一部分光直接照射到表示物光波每一点的复振幅。物光波的全部信息包括相位和振幅两方面，但是所有的记录介质都只有光强有响应，所以必
7、须把位相信息转化成光强信息的变化才能被记录下来，常用的转化方法是干涉法。因此，为了记录物光波在照相底版底版上，这个光称为参考光，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其振幅用 （2）两列波在底片上干涉后的合振幅及光强分别是 （3） （4）*为共轭光波的符合，（4）式是全息照相记录的数学公式。式中第一项反映了物光的强度，它在底片不同处有不同的大小；第二项反映了参考光的强度，由于它是均匀分布的，所以它在底片上形成均匀的背景；第三项和第四项反映了物光和参考光的相对相位关系，它包含了物光和参考光的相对相位信息，它们把物光的位相信息转化成不同光强的干涉条纹记录在干涉场中照相底版上。可见，底版记录下来的干涉条
8、纹光强分布包含了物光波在底版上各点的振幅和相位，因为底版上某点的光强是到达该点的参考光波与到达该点的整个物光波干涉的结果。物体上不同点由不同方向射到该点的物光都对该点的光强又贡献，这一点与普通照相底版上的点与物点一一对应不同。全息照片底版上的任何一小部分都记录着所有物点的信息，因此，通过全息照片的一块碎片也能看到整个物体的像。曝光后的底版经过显影与定影后，得到透光率各处不同（由曝光时间及光强分布决定）的全息片，全息片上各点振幅透射率与入射光强在一定条件下有如下关系： （5）式中，为底片的灰雾度，是由全息底片性质决定的常数（对于负片，为负值）。2.3白光再现全息原理以上讨论的只是参考光束与物光束
9、在乳胶表面形成的二维干涉条纹，波前的重现是利用透过全息片的衍射光束得到的。实际上，乳胶有一定的厚度，在其内部也存在着物光和参考光的相互干涉，干涉条纹也被记录下来，经过处理后得到三维全息图，相当于三维衍射光栅。反射全息片的制作法是让物光束和参考光束分别从照相底版的两面进入乳胶干版。两束光的干涉极大值，在显影后形成基本上平行于底版的银层。实际上参考光和物光都不是平面波，特别是物光波具有复杂的波前，因此干涉极大并非是与底版平行的理想面，得到的全息图是复杂的三维光栅。用再现光照射这个全息图时，入射光受三维光栅的衍射遵从布拉格公式。此时三维光栅的衍射等效于各银层反射光束的相干叠加，只有入射光线与银层夹角
10、和波长满足布拉格公式 （为银层的间距）时才存在干涉极大。由于三维光栅衍射的这种波长选择性，我们可以用白光照射重建原来的物光波。3.实验3.1第一种拍摄方法3.1.1拍摄全息图（1） 调整光路：按图（1）布置光路，调节各光学元件的螺钉使各元件等高；将曝光定时器置于常开状态，打来光源开关，让光点直接照射在被摄物体的中心部位；加上扩束镜，调整支架高度及方位，让光斑亮度均匀，且中心仍在被摄物中心；放上废旧底版，调节被摄物得方位使反射光尽可能强地投射在底版上。（2） 曝光：调好光路后，打开曝光定时器，确定曝光时间，让曝光定时器遮光，取下底版夹上的底版，装上底版，待稳定后，打开曝光定时器进行曝光。待曝光后
11、，取下底版进行冲洗。（3） 冲洗底片：将取下的底版先在显影液里显影，然后水洗后，放在定影液中定影，定影时间约3到5分钟。定影后用活水冲洗、晾干。 图（1）光路13.1.2光路要求（1） 扩束镜与底版的距离应控制在100厘米。（2） 被摄物体与底版距离不超过1厘米。（3） 曝光时间定为10秒。3.1.3全息图的再现观察（1） 虚像观察：拍摄好的全息图片放在白光或者太阳光下，药物面背对着光，可以观察到绿色的虚像，如图（2）所示。（2） 实像观察：将拍摄好的全息图片翻转180度，放在白光或者太阳光下，可以观察到绿色的实像，如图（3）所示。3.2第二种拍摄方法3.2.1拍摄全息图 图（4）光路2（1）
12、 调整光路：按照图（4）调整光路图，调节各光学元件的螺钉使各元件等高；将曝光定时器置于常开状态，打来光源开关，让光点直接照射在被摄物体的中心部位；加上扩束镜，调整支架高度及方位，让光斑亮度均匀，且中心仍在被摄物中心；放上废旧底版，调节被摄物得方位使反射光尽可能强地投射在底版上。（2）曝光：调好光路后，打开曝光定时器，确定曝光时间，让曝光定时器遮光，取下底版夹上的底版，装上底版，待稳定后，打开曝光定时器进行曝光。待曝光后，取下底版进行冲洗。（3）冲洗底片：将取下的底版先在显影液里显影，然后水洗后，放在定影液中定影，定影时间约3到5分钟。定影后用活水冲洗、晒干。3.2.2光路要求（1） 物光与参考
13、光的光程差近乎相等。（2） 物体与底版距离不超过1厘米。（3） 扩束镜与底版间距应为100厘米。3.2.3全息图的再现观察（1）虚像观察：拍摄好的全息图片放在白光或者太阳光下，药物面背对着光，可以观察到红色的虚像。（2）实像观察：将拍摄好的全息图片翻转180度，放在白光或者太阳光下，可以观察到红色的实像。4.实验结果讨论与分析 色当我们成功拍摄出白光再现全息照片时，在白光或者太阳光下可以观察到红色的图像，但有时会观察到绿色的图像。这是因为乳胶底版经过显影和定影后往往会发生收缩，使银层间距缩小，从而使发生干涉极大的波长比制做全息片时所用波长小，又因为三维光栅具有波长选择性，白光中只有入射光波波长与制造全息图时所用光波波长相同时，才能出现干涉极大。所以有时会观察到绿色的图像。上述第一种拍摄光路，所需光学元件较少，光路调整容易，拍摄出的全息图在白光下再现绿色的像；第二种拍摄光路，能更好的保证物光和参考光的光程差近乎相等，而且能保证物光和参考光的光强比满足确定的要求，拍摄出的全息图在白光下再现出红色的像。 为了拍摄合乎要求的全息图，对拍摄系统有一定得技术要求：（1） 光源必须是相干光源：全息原理在19
