全息照相实验实验报告(全面).doc

物理与光电工程学院光电信息技术实验报告姓名：张皓景学号：20111359069班级：光信息科学与技术专业2011级2班实验名称：全息照相实验任课教师：裴世鑫实验目的1．了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。2．学习全息照相的拍摄方法和实验技术。3．了解全息照相再现物像的性质、观察方法。实验仪器序号名称数量1全息实验台12He-Ne激光器13分束镜14反射镜25扩束镜26载物台17底片夹18被摄物体19全息干板110显影及定影器材1实验装置示意图图1全息照相光路实验原理全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光照明利用干涉原理把物体在感光材料（全息干版）处的光波波前纪录下来称为全息图。第二步利用衍射原理按一定条件用光照射全息图原先被纪录的物体光波的波前就会重新激活出来在全息图后继续传播就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体而是与原物完全相同的一个三维像。1．全息照相的纪录——光的干涉由光的波动理论知道光波是电磁波。一列单色波可表示为：（1）式中A为振幅ω为圆频率λ为波长φ为波源的初相位。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：（2）因此任何一定频率的光波都包含着振幅（A）和位相（ωt+φ-2πr/λ）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(或透射)后照射到感光底片(全息干版)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。2．全息照相的再现——光的衍射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。图23．全息照相原理的数学描述下面对全息照相原理作一简单的数学描述。设全息底片所在平面为xy平面物光在底片上的振动表达式为（3）参考光为（4）为方便起见采用复数形式表示写成对于相干波的叠加真正起作用的是振幅和相位常用复振幅来表示即省去时间相位因子eiωt剩下的部分既含振幅又含随空间变化的相位把它称为复振幅。于是在底片上任一点物光和参考光复振幅分别为（5）(6)相干叠加后的合成光场为（7）干涉条纹的光强为(8)式中为为H的共轭复数。为使关系式简洁各量中的xy均省略。将上式展开得经简化后上式可简写为（9）这正是干涉条纹光强的表达式。上式表明光强I（xy）包含了物光波的全部信息(振幅和相位)。采用适当的两光波强度比感光底片经曝光并进行线性冲洗后就得到一张全息照片。假定用照明光R′（xy）照射全息图设再现光在全息图上的复振幅为如把全息照片看作衍射屏则透过全息照片后衍射波的复振幅为（10）式中t