全息照相.pptx

近代物理实验全息照相全息照相物理实验教学中心什么是什么是“全息照相全息照相”全息照相，就是利用干涉方法将物体光波的振幅和相位同时完全地记录在感光材料上，所得的干涉图样经光化学处理后就成为全息图。当按照所需要的光波照明该全息图时，原先记录的物体光波波前就会重现出来。全息照相的发展过程及应用全息照相的发展过程及应用1948年伽博年伽博(D.Gabor)提出全息照相理论。提出全息照相理论。1960年激光的出现，使全息技术得到迅速发年激光的出现，使全息技术得到迅速发展。展。应用：应用：干涉计量、信息储存、光学滤波、光干涉计量、信息储存、光学滤波、光学模拟计算、全息电影、全息电视等方面。学模拟计算、全息电影、全息电视等方面。按记录和再现所用的光源不同，全息照相分按记录和再现所用的光源不同，全息照相分为四个发展阶段：为四个发展阶段：第一代全息图（同轴全息），采用汞灯作光第一代全息图（同轴全息），采用汞灯作光源源缺点：缺点：一是再现的原始像和共轭像分不开，一是再现的原始像和共轭像分不开，二是光源的相干性太差。二是光源的相干性太差。第二代全息图（离轴全息），用激光记录激第二代全息图（离轴全息），用激光记录激光再现。光再现。缺点：缺点：全息图失去了色调信息。全息图失去了色调信息。第三代全息图，激光记录白光再现。如反射第三代全息图，激光记录白光再现。如反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等。全息、像全息、彩虹全息及模压全息等。缺点：缺点：实际应用不便。实际应用不便。第四代全息图，白光记录，白光再现。第四代全息图，白光记录，白光再现。实验目的实验目的 学习和掌握全息照相的基本原理。学习和掌握全息照相的基本原理。掌握全息照相的实验技术。掌握全息照相的实验技术。了解全息照相的基本性质，观察并总结全了解全息照相的基本性质，观察并总结全息照相的特点。息照相的特点。实验仪器实验仪器光学平台、氦氖激光器、曝光定时器、光强光学平台、氦氖激光器、曝光定时器、光强测量仪、分光镜一个、反射镜两个、扩束镜测量仪、分光镜一个、反射镜两个、扩束镜两个、干板架及全息干版、冲洗设备一套。两个、干板架及全息干版、冲洗设备一套。全息照相的基本原理全息照相的基本原理波前记录波前记录波前记录波前记录光的干涉光的干涉光的干涉光的干涉 记录光路如图记录光路如图所示，激光器发所示，激光器发出的光经束经分光镜出的光经束经分光镜分为两束，透分为两束，透射的一束经反射镜射的一束经反射镜和扩束镜和扩束镜射向射向被摄物体，再由物体表面漫反射后达被摄物体，再由物体表面漫反射后达到干版，这束光称为物光；反射的一到干版，这束光称为物光；反射的一束经反射镜束经反射镜和扩束镜和扩束镜直接均匀的直接均匀的射向干版，这束光称为参考光。两束射向干版，这束光称为参考光。两束光在干版上叠加产生干涉图样，全息光在干版上叠加产生干涉图样，全息干板经曝光、显影、定影等处理，就干板经曝光、显影、定影等处理，就将被摄物光波的全部信息将被摄物光波的全部信息振幅和振幅和相位的分布情况以干涉条纹的形式全相位的分布情况以干涉条纹的形式全部记录下来。所得到的全息图显然是部记录下来。所得到的全息图显然是一组复杂而不规则的干涉图样。一组复杂而不规则的干涉图样。图一 全息照相记录光路全息照相基本原理全息照相基本原理波前再现波前再现波前再现波前再现光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射 由于干板上记录的不是物体的几何由于干板上记录的不是物体的几何形状，而是一系列复杂的干涉条纹，要形状，而是一系列复杂的干涉条纹，要看到物体的像，必须使全息图再现物体看到物体的像，必须使全息图再现物体原来发出的光波，这个过程称为全息图原来发出的光波，这个过程称为全息图的再现过程。它利用的是光栅衍射原理，的再现过程。它利用的是光栅衍射原理，光路如图二所示。用一束与原参考光方光路如图二所示。用一束与原参考光方向相同的激光束照射全息图，全息图上向相同的激光束照射全息图，全息图上每一组干涉条纹相当一个复杂的光栅，每一组干涉条纹相当一个复杂的光栅，按光栅衍射原理，再现光将产生衍射，按光栅衍射原理，再现光将产生衍射，其其+1级衍射光是发散光，与原物体发出级衍射光是发散光，与原物体发出的光波完全一样，当沿着衍射方向透过的光波完全一样，当沿着衍射方向透过全息图朝着原被摄物体的方位观察时，全息图朝着原被摄物体的方位观察时，便可看到一幅逼真的物体的三维立体像。便可看到一幅逼真的物体的三维立体像。-1级衍射光是会聚光，得到一个共轭赝级衍射光是会聚光，得到一个共轭赝实像。实像。图二 全息图的再现光路全息照相与普通照相的区别全息照相与普通照相的区别全息照相普通照相原理不同物理光学原理几何光学原理记录方法不同记录干涉条纹,同时记录物光的光强和相位信息通过光学系统成像，只记录物光的光强信息成像性质不同立体像平面像再现方法不同用衍射方法再现直接成像在感光面上，冲洗后便可看到像全息照相的特点全息照相的特点能储存物光波的全部信息，得到的是三维能储存物光波的全部信息，得到的是三维立体像。从不同角度观察，可看到不同侧面。立体像。从不同角度观察，可看到不同侧面。不怕擦伤、破碎，只要有一小片仍能看到不怕擦伤、破碎，只要有一小片仍能看到物体的整个像。物体的整个像。同一张底片上可储存多张像片。同一张底片上可储存多张像片。实验内容一、全息图的记录实验内容一、全息图的记录1.调整光路调整光路用白屏代替干版，调整各光学元件等高，按用白屏代替干版，调整各光学元件等高，按图一布置各光学元件（先不加扩束镜），调图一布置各光学元件（先不加扩束镜），调节时使光路满足以下要求：节时使光路满足以下要求：1）物光和参考光的光程差尽量小，一般使两物光和参考光的光程差尽量小，一般使两者大致相等。者大致相等。（注意：被摄物与干版架（注意：被摄物与干版架 的距的距离不能太远，约离不能太远，约2025cm）2）物光和参考光束的夹角在物光和参考光束的夹角在3045之间。之间。3）加扩束镜，并沿光路前后移动扩束镜的位）加扩束镜，并沿光路前后移动扩束镜的位置，使扩束后的物光均匀照亮整个物体，参考置，使扩束后的物光均匀照亮整个物体，参考光均匀覆盖整块干版。光均匀覆盖整块干版。4）在干版位置分别测量参考光和物光的光强，）在干版位置分别测量参考光和物光的光强，一般取参考光和物光之比在一般取参考光和物光之比在2 18 1为宜。为宜。实验内容一、全息图的记录实验内容一、全息图的记录实验内容一、全息图的记录实验内容一、全息图的记录2.曝光曝光满足上述要求后，取下白屏。满足上述要求后，取下白屏。1）选定曝光时间约为）选定曝光时间约为25s（具体曝光时间视当时（具体曝光时间视当时光强而定）。光强而定）。2）把全息干版夹在干版架上，感光面朝着被摄物体。）把全息干版夹在干版架上，感光面朝着被摄物体。3）静等）静等10s钟，待整个系统稳定后，摁下曝光定时钟，待整个系统稳定后，摁下曝光定时器的遥控器进行曝光器的遥控器进行曝光（在曝光过程中，切勿触碰全（在曝光过程中，切勿触碰全（在曝光过程中，切勿触碰全（在曝光过程中，切勿触碰全息台，不要走动，保持安静，以保证干涉条纹无漂息台，不要走动，保持安静，以保证干涉条纹无漂息台，不要走动，保持安静，以保证干涉条纹无漂息台，不要走动，保持安静，以保证干涉条纹无漂移）。移）。移）。移）。实验内容二、全息照片的冲洗实验内容二、全息照片的冲洗在暗室中，可在暗绿灯下进行操作，整个过在暗室中，可在暗绿灯下进行操作，整个过程不能触摸感光药面。程不能触摸感光药面。将曝光后的全息干版放入显影液中显影将曝光后的全息干版放入显影液中显影12min后经水洗，放入定影液中定影后经水洗，放入定影液中定影5min,再再经水洗后放入漂泊液中漂成灰白色，用水洗经水洗后放入漂泊液中漂成灰白色，用水洗净吹干后即成为全息照片净吹干后即成为全息照片。实验内容三、观察再现像实验内容三、观察再现像1.虚像的观察虚像的观察将拍摄好的全息图放到干版架上，用一束与参考光将拍摄好的全息图放到干版架上，用一束与参考光方向相同的光束照射全息图，透过全息图朝原被摄方向相同的光束照射全息图，透过全息图朝原被摄物的方位观看，便可看到物体的一个三维立体像。物的方位观看，便可看到物体的一个三维立体像。移动眼睛，改变方向观察，可看到物体的不同侧面。移动眼睛，改变方向观察，可看到物体的不同侧面。2.实像的观察实像的观察1）以不扩束的激光束照射全息图，用白屏放在虚像）以不扩束的激光束照射全息图，用白屏放在虚像的共轭位置上可观察到物体的实像。的共轭位置上可观察到物体的实像。2）用原参考光的共轭光照射全息图，用毛玻璃做屏，）用原参考光的共轭光照射全息图，用毛玻璃做屏，当看到清晰的实像时，移去毛玻璃，便可看到一实当看到清晰的实像时，移去毛玻璃，便可看到一实像悬浮在毛玻璃的位置。像悬浮在毛玻璃的位置。注意事项注意事项1.1.切勿让激光束直射眼睛，以免造成视网膜切勿让激光束直射眼睛，以免造成视网膜的损伤。的损伤。2.2.不要用手或其他东西接触各光学元件，以不要用手或其他东西接触各光学元件，以保持光学元件的清洁。因为一个尘埃就可产保持光学元件的清洁。因为一个尘埃就可产生一套衍射环，将对全息图引入噪声。生一套衍射环，将对全息图引入噪声。实验报告实验报告1）原理：波前纪录与波前再现以）原理：波前纪录与波前再现以及与菲涅尔全息相关的内容。及与菲涅尔全息相关的内容。2）写出实验的具体过程，纪录有）写出实验的具体过程，纪录有关数据。关数据。3）总结分析成败原因。）总结分析成败原因。谢 谢