全息照相大学物理实验总结

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1、全息照相大学物理实验总结篇一：物理实验-全息照相-实验报告物理 实 验 报 告 班 级_信工C班_组 别_D_ 姓 名_李铃_学 号_1111000048_ 日 期_指导教师_张波_ 【实验题目】_全息照相 【实验目的】 1.了解全息摄影的基本原理、实验装置以及实验方法； 2.掌握激光全息摄影和激光再现的实验技术； 3.通过观察全息图像的再现，弄清全息照片和普通照片的本质区别 【实验仪器】 防震全息台，氦氖激光器，扩束透镜，分束棱镜（或分束板），反射镜，毛玻璃屏，调节支架，米尺，计时器，照相冲洗设备等。 【实验原理】 全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，

2、另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。 全息图种类很多，有菲涅耳图、夫琅和费图、傅立叶变换全息图、彩虹全息图、像全息图、体积全息图等。不管哪种全息图都要分成两步来完成，即用干涉法记录光波全息图，称波前记录；用衍射原理使原光波波前再现，称波前再现。 1.全息照相的过程 物体发出的包含振幅和位相信息的光可以用下式表示：

3、 其中： 信息，而位相信息 为振幅， 为位相。普通摄影只能记录物体光波的振幅全部丢失，因此照片没有立体感。数学表达式为：实际上没有任何一种感光材料可以直接记录光波的位相，在全息摄影中我们利用光的干涉原理来记录光波的振幅和位相信息。如右图 所示，激光器L发出的激光由分束镜BS将光线一 分为二，透射光线经反射镜M2反射再经过扩束后 照射在被摄物体上，这束光线称为物光(O光)；反 射光线经反射镜M1反射再经过扩束后直接照射在 感光材料上，因而称为参考光(R光)；两束光线在 P处相干并形成干涉条纹，这些条纹记录了物光的 所有振幅和位相信息。数学表达式如下： 物光为： 参考光为： 两光相干后总光强为：

4、两光相干后总光强的表达式说明全息图中包念着物光的振幅和位相信息，它们全部被记录在感光材料上，并以干涉条纹的形式表现出来。感光材料（全息干板或胶片）经过曝光、显影和定影后，即可得到一张菲涅耳全息图。 2.全息相片的再现过程： 将制作好的全息图放回原处，遮挡住物光( 则透过这张全息图的光强为：)并取走被摄物体，用原参考光照明， 上式中的第二项与原物光光波只相差一个系数R，这说明通过全息图的出射光包含原物光的全部信息。所以我们透过全息图可以看到在原来放置物体的地方有物体的虚像，就像物体没有被取走一样。如右图所示。物体的虚像具 有明显的视差效应，当人们通过全息图观察物体的虚像时， 就像通过一个“窗口”

5、观察真实物体一样，具有强烈的三维 立体感。当人眼在全息图前面左右移动或上下移动时，我们 可以看到物体的不同部位。即使全息干板破损、变小，但原 物光的信息还保存在干涉条纹之中，所以我们通过参考光的 照射同样可以看到物体的虚像，只是大小发生了变化。 【实验内容】（1）在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，调节扩束镜C1使物光均匀地照射在被摄物体上，调节物体的方位使物体漫反射光的最强部分均匀地照射在白屏上。调节扩束镜C2使参考光均匀地照射在整个白屏上。这时物光和参考光在白屏上完全重叠。 （2）完全挡住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，换上全息干板，并将药膜面（手感发涩）朝着光的方向安装在全息干板支架上。稳

6、定1 2min后开始曝光，曝光60秒。 （3）将曝光后的全息干板在暗室内进行常规的显影、停显、定影、水洗、干燥等处理，即可得到一张漫反射的三维全息图。 （4）将冲洗好的全息图放回到干板支架上，拿去被摄物体，挡住物光，用原参考光照明全息图，在其后面观察重现的虚像。我们可以看到在原来放置被摄物体的地方有一虚像，人眼上下左右缓慢地移动，可以看到物体的各个部位。将全息图挡去一部分，观察虚像有何变化。 注意事项：曝光时注意不要碰台面；不要坐着进行实验，以免眼睛灼伤。 【原始数据】 【数据处理】 【实验数据分析】 【思考题】 1. 普通照相与全息照相的区别是什么？ 答：普通的照相利用透镜成像原理，在感光胶

7、片/器件上记录反映被摄物体表面光强变化的表面像，从照片中看到的拍摄物是平面的。 而全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同，因而全息照相不仅记录了被摄物体的反射光波强度(振幅)，还记录了反射光波的相位信息。用激光照射，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。 2. 为什么每一个碎片都能产生完整的像？ 答：全息照相是由单色光（一般用激光）的衍射条纹组成的，每个面积上都记录有“全部信息”。篇二：全息照相实验报告 全息照相实

8、验报告 程子豪 2010035012 少年班01 一、实验目的： 1 了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点； 2 学习全息照相的操作技术； 3 观察和分析全息图的成像特性。 二、实验原理： 全息照相原理的文字表述： 普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全

9、息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。 全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和

10、条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 具体来说，全息照相包括以下两个过程： 1、波前的全息记录 利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着干涉条纹的强度分布，所以在干涉条纹中就包含了物光波的振幅和位相信息。典型的全息记录过程是这样的：从激光器发出的相干光波被分束镜分成两束，一束经反射、扩束后照在被摄物体上，经物体的反射或透射的光再射到感光底片上，这束光称为物光波；另一束经反射、扩束后直接照射在感光

11、底片上，这束光称为参考光波。由于这两束光是相干的，所以在感光底片上就形成并记录了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布的情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上将物光的信息都记录下来了，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图全息照片。所以全息图不是别的，正是参考光波和物光波干涉图样的记录。显然，全息照片本身和原来物体没有任何相似之处。 2、衍射再现 物光波前的再现利用了光波的衍射。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方

12、向观察时，便可看到物体的再现像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。 双曝光全息技术用于微小位移（形变）的测量：图一 双曝光法光路图 （上述文字节选自利用双曝光全息干涉场测物体微小位移的） 、像面全息的实验原理： 将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。 像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当

13、用点光源再现时，物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度也随之增大，从而 产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时。再现光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以 用宽光源再现的原因。全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现像点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的距离。可见，各波长的再现像将相互错开又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。当全息干板处于离焦位置(即不在成像面上)时，再现像的清晰度将下降。离焦量越大，再

14、现像就越模糊不清。然而，像面全息图的特征，是物体或物体的像位于全息图平面上，因而再现像也位于全息图平面上。此时，即使再现照明光的方向改变，像的位置也不发生变化，只是看起来颜色有所变化罢了。这就是像面全息图可以用白光照明再现的原因所在。 、实验基本条件： 1、一个好的相干光源。全息原理在1948年就已提出，但由于没有合适的光源而难以实现。激光的出现为全息照相提供了一个理想的光源，这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性。，应尽可能使两光束的光程接近，以使光程差在激光的相干长度内。 2、一个稳定性较好的防震台。由于全息底片上所记录的干涉条纹很细，相 当于波长量级，在照相过程中极小的干扰都会引起

15、干涉条纹的模糊，不能形成全息图，因此要求整个光学系统的稳定性良好。从布拉格法则可知：条纹宽度d?2sin?2?，由此 公式可以估计一下条纹的宽度。当物光与参考光之间的夹角?60?时，?， ?m。可见，在记录时条纹或底片移动1 ?m，将不能成功地得到全息图。因则d? 此在记录过程中，光路中各个光学元件（包括光源和被摄物体）都必须牢牢固定在防震台上。从公式可知，当?角减小时，d增加，抗干扰性增强。但考虑到再现时使衍射光和零级衍射 00光能分得开一些，?角要大于30，一般取45左右。还有适当缩短曝光时间，保持环境安 静都是有利于记录的。 3、高分辨率的感光底片。普通感光底片由于银化合物的颗粒较粗，每毫米只能记录几十至几百条，不能用来记录全息照相的细密干涉条纹，必须采用高分辨率的感光底片 要获得最终的全息图，充分了解和学习感光底片的显影、定影、冲洗等有关摄影的暗室技术知识也是不可缺少的。 三、实验步骤： 、同轴全息照相实验： 1、调节防震台，调节各光学元件的中心等高，使激光光束大致与实验台平行。 2 打开He-Ne激光器，摆好光路，使光路系统满足下列要求： （1）物光和参考光的光程大致相等； （2）经扩束镜扩展后的参考光应均匀照在