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1、西安石油大学近代物理实验课程设计0目录一、摘要- 3二、引言- 3三、实验原理- 3四、实验仪器- 5五、拍摄过程- 6六、注意事项- 6七、实验结果- 6八、实验结论- 6九、实验心得体会- 7十、参考文献- 7Comment A1: ？西安石油大学近代物理实验课程设计1一、摘要对全息照相实验参考光与物光的夹角、光强比及光程差的取值范围进行探讨。拍摄不同夹角和光强比的全息图,观察其再现像的效果。实验表明,参考光与物光的夹角在 0140、光强比为 211201 的取值范围、曝光时间在 10 秒到 30 秒左右可得到较满意的结果，光程差大于 10cm 后没有全息图像产生。关键词: 物光，参考光，
2、夹角，曝光，光程差Abstract: in the light of holographic experimental reference and things of light, light intensity Angle ratio of optical path difference value range are discussed. Shooting different Angle Strong and light than holograms, observe the reappearance of like effect. The experiment shows that th
3、e light and the content of the reference light in 0 140 Angle, light intensity than for2:1 120:1, the values of exposure time in 10 seconds to 30 seconds to get the satisfactory result, optical path difference is more than 10 cm without the holographic images generated.Keywords：Content light，Referen
4、ce light，Angle，Optical path difference，exposure 二、引言目前,全息照相实验是大学物理专业学生必修课程之一,有关全息照相实验的参考书对参考光与物光的夹角和光强比的取值范围的规定有一定的局限性。一般规定拍摄时光路调节要求夹角在 25到 45范围,光强比为 51101 之间 ,光程差基本为 0。但这些条件对全息照相的影响到底有多少扔不清楚。我们对全息照相实验进行研究,在不同的角度分别用不同的光强比不同广场差拍摄系列的全息图,根据全息图的再现结果,明确 角和光强比的取值范围,实验结果较为满意,对实验教学有一定的参考指导意义。 三、实验原理波动光学描述光场
5、的两个物理量是振幅和位相，振幅决定了光的强度，位相记录了光相对于光源的光程。全息照相利用与物光束相干的参考光在照相底片上产生干涉并由感光乳胶记录下这些干涉条纹，而这些条纹的形状、疏密及明暗对比对决定于物光和参考光的强度及位相，因此经曝光后的全息底片称为全息图，它记录了物光的全部信息（振幅和位相） 。全息图经化学冲洗后，形成一幅坚膜，因为有明暗相间的条纹，所以相当于一幅形状非规整的光栅，利用光的衍射特性，可获得原物体的三维逼真图像。可以由波动光学的原理推导全息图的记录原理和再现原理。西安石油大学近代物理实验课程设计21、全息图的记录全息照相用的参考光和物光是从同一激光束分光获得，如图 1 所示：
6、 激光器 分光镜 全反射镜物光 全息底片参考光全反射镜图 1 物光和参考光在全息底片上产生干涉激光与普通光源相比有四大优势，高亮度、高功率、高单色性、高相干性。激光出现以前，全息照相之所以停滞在理论上，是因为没有好的相干光源，物光和参考光难以满足相干条件，直到激光问世，全息图的记录才得以实现。激光与普通光源相比有四大优势，高亮度、高功率、高单色性、高相干性。激光出现以前，全息照相之所以停滞在理论上，是因为没有好的相干光源，物光和参考光难以满足相干条件，直到激光问世，全息图的记录才得以实现。全息图的理论，实质上就是一种较为广义的双光束干涉场的计算。设 xy 平面为感光底片平面，底片上任一点（x,
7、y）处，物光 O 和参考光 R 的复振幅分布为：O(x,y)=A0(x,y)ei0(x,y)R(x,y)=Ar(x,y) eir(x,y)式中 A(x,y)和(x,y)分别表示点(x,y)处的振幅和位相。由于它们系相干光束，根据光的干涉原理，底片上光的强度 I 是它们合振幅的平方：I(x,y)=|O+R|2=|O|2+|R|2+RO*+R*O=A02+Ar2+A0Arei(0-r)+ A0Are-i(0-r)=A02+Ar2+A0Arcos(0-r)由此，底片上的光强分布既与两束光的光强（A02 和 Ar2）有关，还与两束光的位相（0 和r）有关。全息底片经适当的化学冲洗后，对光的振幅透射率（
8、设为T（x,y） ）与干涉光场的光强 I(x,y)成正比T（x,y）=k I(x,y)其中 k 为比例常数。为了使全息图上干涉条纹稳定，拍摄时必须具备下列条件：参考光束与物光束必须具有“相干性” ，即两束波之间有稳定的位相关系，所西安石油大学近代物理实验课程设计3以实验中，两束光波是从同一激光束分光而获得，为了获得好的相干性，实验中尽量使两束光的光程相等。光学系统必须具有足够的机械稳定性，由于全息底片上记录的是精细的干涉条纹，如果在记录过程中受各种干扰（地面震动、光学零件支架的自震和变形及空气的流动等） ，将引起干涉条纹的混乱和迭加，结果导致像的衍射亮度下降，甚至可能完全看不到物像。记录介质要
9、有足够的分辨率，对所使用的激光波长有足够的感光灵敏度。记录介质（感光乳胶）的分辨本领通常以每毫米能记录明暗相间的条纹数为标准（即每毫米多少条明或暗条纹） ，这就要求恰当地选择物光束与参考光束之间的夹角，如果全息底片放在与物光、参考光的照射方向对称的位置上，则干涉条纹的间距公式为：2sin2d可以看出夹角越大，干涉条纹的间距越密，这就要求底片具有较高的分辨率，目前国产的超微粒全息底片的分辨本领可达 3000 条/毫米。2、全息图的再现用参考光束 R（x，y）来照明全息图，则透过全息图的光场分布为：I(x,y)= T（x,y） R(x,y)= k I(x,y) R(x,y)=k(A02+Ar2+A
10、0Arei(0-r)+ A0Are-i(0-r) R(x,y)=k (A02+Ar2)R(x,y)+kAr2 O(x,y) +kAr2O(x,y) *式中 O(x,y)*= A0(x,y)e-i0(x,y)是 O(x,y)的共轭复数，这说明参考光经全息图（光栅）衍射后产生三个光波：第一项代表的是 R 的直接透射部分，沿原来方向传播，即光栅的零级衍射；第二项是正比于物光波 O(x,y)，是波前发散形成的物体的虚像，相当于光栅的一级衍射像，正是这一光波形成了与物体完全逼真的三维立体象；第三项正比于 O(x,y)的共轭波阵面，是会聚的波阵面，它表示在虚像相反的一侧形成一个实像，是光栅衍射的另一个一级
11、衍射像，如果全息图记录不是在非常严格的条件下完成，这个像一般会发生畸变，且衍射效率差，不容易观察到。 四、实验仪器全息实验防震工作台 1 台，He-Ne 激光器（功率 5mw）1 支，平面全反镜 2 只，扩束镜 2 只（40 倍） ，半反镜 3 只（反射率分别为：10%、30%、50%） ，毛玻璃 1片，小工艺品 1 个，干板架 2 个（大、小各 1 个） ，载物台 1 个，磁力座 10 个 ，通用支架 7 个，塑料米尺 1 根，光阑一个，数字照度器一个。西安石油大学近代物理实验课程设计4五、拍摄过程实验采用输出功率为 30mW 的 He2Ne 激光器,调节参考光与物光不同夹角和不同的光强比进
12、行系例拍摄,光照强度用数字照度计测量，组成不同的光路分别进行测量，应用控制变量法，分别改变光强比，光程差，角度，曝光时间。将照好的全息干板进行再现，看其再现虚像的效果,判断清晰度。六、注意事项1、保持各光学元件清洁，否则将影响全息图的质量。如果光学元件表面被沾污或有灰尘，应按实验室规定的方法处理，切勿用手或纸片等擦拭。2、全息照相对全息实验台的稳定度要求很高，曝光过程中切勿触及全息实验台，人员也不宜随意走动及大声喧哗，以免引起振动，影响干涉条纹的正常分布，干涉条纹的间距2sin2d由此公式，参考光与物光的角度越大，条纹越密，越容易受干扰而发生变化，所以参考光与物光角度不宜太大。在调节光路时手和
13、身体都要注意不能对全息台有任何压力，因为全息台是要求处于水平状态，实验室已将其调整好，如果全息台受力不均匀容易被破坏水平度。有手机的同学要关闭手机，以免手机来电闪光使全息底片无意曝光。3、绝对不能用眼睛直视未扩束的激光束，以免造成视网膜永久损伤。4、全息底片及观察屏均为玻璃片，易碎，使用时应小心轻放，以免损坏。 七、实验结果拍摄的结果记录如下表干板序号光强比光程差 （cm）角度曝光时间 （秒）成像清晰度11:9030313清晰21:15030313清晰31:91430313无图像41:9060313清晰51:9030330.3清晰Comment A2: 没有标识符西安石油大学近代物理实验课程设
14、计5八、实验结论实验表明,参考光与物光的夹角取值范围达到 60仍与理论基本相符。由于当夹角过大时,拍摄调整光路不便和再现虚像太斜一侧难于观察,没有应用意义;当夹角小于 15时,拍摄仪器在操作台上放置也有难度。因此,实验时夹角的取值范围为1590为宜。光强比在 51151 范围内都能拍到清晰全息图,这样的取值范围几乎没有限制,任意调整都能满足要求,但当光程差较为明显接近 10cm 左右时，不能形成全息相干，无法产生全息图像。结论对全息照相实验教学有一定的参考指导意义。 九、实验心得体会通过此次实验，再次加深了对全息照相各个影响因素的了解，对全息照相的操作更加熟练，独立设计并进行实验，使我对实验的过程更加了解，对今后的实验报告书写及毕业设计有一定的心得与准备。 十、参考
