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北京科技大学 物理实验报告 全息照相实验报告学院土环学院班级采矿1502学号41501556姓名殷苑文一、实验目的与实验仪器实验目的1.了解全息照相的基本原理；2.掌握全息照相方法及底片冲洗方法；3.观察物象再现。实验仪器激光器，成套全息照相光具原件及隔振光学平台，白屏，硅光电池及电压表，全息干板，被照物体，显影液和定影液等。二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）全息记录由光的波动理论知道，光波是电磁波。一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加。因此，任何一定频率的光波都包含着振幅和位相两大信息。全息照相的一种实验装置的光路如图1所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射后照射到感光底片上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。物象再现由于全息照相在感光板上纪录的不是被摄物的直接形象，而是复杂的干涉条纹，因此全息照片实际上相当于一个衍射光栅，物象再现的过程实际是光的衍射现象。要看到被摄物体的像，必须用一束同参考光的波长和传播方向完全相同的光束照射全息照片，这束光叫再现光。这样在原先拍摄时放置物体的方向上就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。如图2 所示把拍摄好的全息底片放回原光路中，用参考光波照射全息片时，经过底片衍射后有三部分光波射出。0 级衍射光它是入射再现光波的衰减。+1 级衍射光它是发散光，将形成一个虚像。如果此光波被观察者的眼睛接收，就等于接收了原被摄物发出的光波，因而能看到原物体的再现像。-1级衍射光它是会聚光，将在与原物点对称的位置上形成物体的再现虚像的共轭实像。三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1全息照相光路调整按图 1 所示光路安排各光学元件，并作如下调整：使各元件基本等高；在底片架上夹一块白屏，使参考光均匀照在白屏上、入射光均匀照亮被摄物体，且其漫反射光能照射到白屏上，调节两束光夹角约为30；使物光和参考光的光程大致相等，可分别挡住物光和参考光调节其光强比约 1315，两光束有足够大的重叠区；所有光学元件必须通过磁钢与平台保持稳定。2全息照片的记录拿下白屏，关掉激光器，在底片夹上装夹全息干版，注意使底片的药膜面对着物光和参考光，稍等片刻，待系统稳定后，根据实验室提供的参考曝光时间，打开激光器进行曝光。然后关闭激光器，取下底片待处理。3照相底片的冲洗取下曝光后的底片，用清水打湿，放入显影液一分钟左右，取出在暗绿灯下观察，发现有显影时，用清水冲洗，再放入定影液中，定影12分钟，取出用流水冲洗13 分钟，使多余的银粒冲去。再用电吹风吹干，在白炽灯下观察是否有彩带，如有彩带说明拍摄成功。4全息照片的再现观察用经扩束后的激光沿原参考光入射方向照明全息图，透过底片并朝着放置原物位置方向进行观察，可看到一个清晰、立体的原物虚像。这就是理想的漫反射全息拍照图像。四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）在这次光学实验中，制作全息照片失败了，对此我觉得我们必然在某处有错误，或者是由于实验仪器造成，因此我展开分析，实验失败原因可能有：1.在曝光过程中有振动或位移，由于全息图上所记录的是参考光和物光的干涉条纹, 而这些条纹非常细, 在曝光过程中, 极小的振动和位移都会引起干涉条纹的模糊不清, 甚至使干涉条纹完全不能记录下来。2.没有更好的调整好参考光和物光的光程差。参考光和物光的光程差不能太大也不能太小, 不能大于所用激光的相干长度, 否则两者不能相干, 无法在全息干板上获得干涉条纹。3.没有更好的调整好参考光和物光的夹角。愈大, 所记录的干涉条纹就越细, 对干板的分辨率要求越高,故夹角不能太大。而夹角对全息图再现像时的观察窗(视角) 有影响, 夹角大, 可在较大范围内从不同角度观察物象, 反之, 观察窗则小, 因此夹角也不能太小。4.光路中使用过多反光镜导致光强过小，从而影响干涉效果。5.曝光时间没有控制得很好，曝光时间太长, 导致干板太黑, 光线的透过率降低。6.在用清水清洗干版时水温没有严格控制在30-32，影响实验结果。7.在显影定影时，冲洗时间不够，导致成像范围过小，成像不清晰。六、实验结论实验中获得清晰的再现像的关键是要选用具有良好的相干性和稳定性的激光作为光源。光路的调整更是至关重要的。一个好的光路，既要使物光和参考光能够发生干涉，还要保证干涉条纹间隔清晰，反差合适。所以要首先调整好物光和参考光的光程，以保证干涉能够发生，然后再调整物光与参考光束之间的夹角及物光和参考光的光强比，保证全息照片的清晰度和反差。另外，在曝光时系统要稳定。七、原始数据（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）