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1、全息图像存储实验人：肖传晓（ 08323061）合作者：雷名威 郝玉祥（中山大学理工学院光信息科学与技术专业 510275）摘要：本实验利用全息照相的基本原理和基本规律，进行全息图像的存储和信息的重现。实验主要分为全息记录和波前再现两步。它是以光的干涉、衍射等物理光学现象的规律为基础，借助于参考光波记录物光波的振幅与位相的全部信息，在记录介质（如感光板）上得到高倍显微镜下才能观察到的细密干涉条纹（即全息图） 。而该图起一个复杂衍射光栅的作用，再现光经全息底片衍射后可以再现原物的波前。关键词 全息记录 波前再现 振幅与位相 衍射光栅实验目的1.了解全息照相的基本原理和基本规律。2.了解傅立叶变换
2、全息图的基本原理。3.掌握全息图像的存储和提取信息的方法。实验用具1.存储：He-Ne 激光器，全息台上的 4f 信息系统，秒表。2.底片处理：显影剂，定影液，夹子，吹风机，干擦布。3.读出：He-Ne 激光器，全息存储板，屏。实验原理全息照片是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先进照相技术。图 1 全息储存 图 2 全息再现全息照相主要分为两步，即全息记录和波前再现。1.全息记录如图 1 所示, 将激光器输出的光束分为两束，一束投射到记录介质上，称为参考光束；另一束投射到物体上，经物体反射或透射后，产生物光束，也到达记录介质。两光束在记录介质上形成干涉条纹，把干涉条纹记录下来即得
3、到全息图。干涉条纹的明暗对比程度反映了物体上各处发光的相对强度。因为射到底片上的参考光的强度是各处一样的，各处物光的强度不同，其分布由物体的发光决定，这样参考光和物光干涉时形成的干涉条纹在底片上各处的浓淡也不同。这浓淡就反映了物体上各处发光的相对强度。干涉条纹的密度和方向反映了物体上各处发的光到达底片时的相位不同。设 a，b 为某相邻两条暗纹所在位置。要形成暗纹，在 a，b 两处的物光和参考光必须都反相。由于参考光在 a，b 两处是同相的，所以到达 a，b 两处的物光与参考光的光程差必须是 。由图 3 几何关系可知sind即 ir这一公式说明，在底片上同一处，来自物体上不同发光点的光，由于它们
4、的 或 r 不同，与参考光形成的干涉条纹的间距就不同，因此底片上各处干涉条纹的间距，以及条纹的方向就反映了物光光波的相位的不同，这实际上反映了物体上各发光点的位置的不同。整个底片上形成的干涉条纹，实际上是物体上各发光点，发出的物光与参考光所形成的干涉条纹的叠加。波前再现如图 2 所示,用一束同参考光束的波长和传播方向完全相同的光束照射全息图，则用眼睛可以观察到一幅逼真的原物图像。全息图上的任一点均记录了物光束的全部信息，所以用全息图的任一部分均可重现被照物体。波前再现的原理为：布满干涉条纹的全息图相当于一个光栅，照明光束经全息底片衍射后，产生衍射场，其中包含了原物的波前，人眼看到的是这个再现波
5、前产生的虚像。本实验使用 4f 成像系统进行实验，实验系统分为两部分，一部分实现全息存储（图1），另一部分实现全息再现（图 2）。底片处理分曝光、显影和定影三个过程。曝光：曝光就是使感光底片感光，感光底片的感光作用是由感光材料引起的。目前所用的感光材料主要是卤化银。感光过程基本上是一种光化作用结果。在光照射下，卤化银中的银离子还原成银原子，然后聚积在受光点附近，形成一个银斑，这银斑常称为“潜影” 。显影：把感光后的底片放到显影液里，靠近“潜影”的银离子继续还原，使银斑的密度加大，直到形成可以清楚辨认的黑斑。定影：用定影液把未分解的卤化银溶解掉。经过定影的底片已无感光物质，因此即使底片暴露在光线
6、下它也不再被感光，这样就保证只有原来被曝光处有潜影，把原来的影像在某种程度上固定了。曝光、显影和定影三个过程的时间控制,对实验的成败影响很大。实验操作1、光路调节：1)打开激光器进行预热 3 分钟，待激光器发光稳定后再进行实验。2)在激光出射处放置定时开关，以便控制曝光时间。激光参考光从分光镜经反射镜到底片支架，注意使物光与参考光的光程近似相等，并且两光束要在同一水平面上。为使物光和参考光的光强比值约为 1/6 至 1/3，光束打在分光镜-1 级的部分3）按实验要求在防震平台上布置光路，注意间两透镜光斑半径应不变（透镜共轴，两透镜面平行） 。4)调节参考光束使其光斑在毛玻璃板上与物光的光斑重合
7、，而且两光束的夹角要尽量小。应注意激光在分束镜中会发生多次反射，取反射光的第一级光束。5)把待拍摄物体放在两透镜之间，透明物要能够均匀照明。2、曝光：1)关闭所有白光光源，在安全灯下取出底片，放在原来后屏位置，注意必须保证焦点可打在感光物质上。其中含感光物质一面为曝光正面。底片感光面的判别方法：用湿润的手指轻轻瞬间触摸玻璃表面，若有粗糙感即为感光面。3)曝光时间为 30 秒。注意曝光过程中严禁走动、说话，关闭实验室所有的灯及空调、抽风机等，也不要碰到全息台及以上任何器件，保持光程不变以保证光程稳定。3、显影、定影：将曝光完毕的底片拿到暗室进行显影和定影。显影时间为 5 分钟，感光面向上；显影完
8、毕后注意用清水冲洗；定影时间为 8 分钟，感光面向上。然后用吹风筒吹干底片，注意靠近吹是热风，对底片有影响，应尽量远离使吹出来的风不热。显影液和定影液用过后倒回原容器中以供重复利用。4、波前再现：1)将底片放置在光座上，用激光直接照射，调整底片位置使激光照射到底片上的小黑点中心。我们小组第一次实验时在原光路上调节，未果，原因可能是原光路参考光光强较弱，而激光直接照射时 级光强更大，容易寻找。12)用白纸作为光屏，转动底片角度，在 级耐心寻找图像，找到大致图像后微调，直1到调处清晰图像。因图像光非常微弱，整个过程必须关灯。实验分析我们小组总共做了 3 次实验。第一次失败，未能重现图像，后两次均成
9、功。第一次实验失败原因可能有：1.定影后吹风筒吹底片时，靠得比较近，吹出来是热风，可能已经破坏了底片，以至于后来无法重现图像。2.用原光路参考光照射底片，无法重现；后来用激光直接对准底片，找了一个多小时，3 块底片 9 个点找不到重现图像，失去耐心，放弃。做实验要细心，耐心，但是失败并不可怕，总结经验让我们学到很多。第二次实验在蔡老师的指导帮助下成功。我们按照上述实验操作的正确方法，最终成功。因为没有拍下重现图像，所以去做第三次。重现过程中，自信非常关键，坚信能够找到图像是成功的必须，这样才能更有耐心去做。第三次独立完成实验。按第二次成功的步骤和经验，在-1 级找到重现的清晰图像，但是在+1
10、级很难调出清晰的图，原因可能是在调-1 级时候耗时较长，底片受潮，故底片要注意防潮。所以我们只拍了-1 级的图像（见下图） 。另外，据我们的经验，一张底片上拍 3 个点，是比较保险的做法，因为我们拍了这么多张，一般一张底片只有一个点是可重现的。图 4Holographic Image StorageXiao Chuanxiao Lei Mingwei Hao Yuxiang(School of Physics and engineering, Sun Yat-Sen University 510220)ABSTRACT This experiment deal with the store a
11、nd reproduce information of the holographic image using the basic theory and laws of holography. This was divided into 2 steps including holographic recording and wave front reconstruction, which are based on optical interference, diffraction and other physical laws based on optical phenomena, by me
12、ans of reference wave recorded object waves amplitude and phase of all the information in the recording medium (such as the photographic plate) can be observed under high power microscope, the fine Interference fringes (i.e, holograms). And the gram from the role of a complex diffraction grating, re
13、constructed light diffracted by the holographic film can reproduce the original wave front.Key words holographic recording wavefront reconstruction amplitude and phase diffraction grating参考文献1 中山大学光信息科学与技术实验室 全息图像存储 20082 王先明 简单易懂的全息照相原理 西部学刊 1998.12 No.23.李云生 激光全息技术及其应用 上海海运学院学报 Vol.15 No.3 Sep.1994
