PDF《全息照相与全息光栅》

全息照相与全息光栅

一、实验目的: 1.

学习全息照相的基本技术和再现立体像的方法. 2.了解全息光栅的原理. 3.学会制作全息光栅和测定光栅常数.

二、实验仪器: 全息光台、氦氖激光器及电源,快门及定时曝光器、反射镜、分束镜、扩束镜、准直镜、载 物台、全息干板、洗相设备.

三、全息照相实验原理 全息照相可以重现物体的立体像,是一种形成光学像的新方法.而且,无论是从基本原 理,还是从拍摄和观察方法上来看,全息照相都与普通照相有着本质上的区别.普通照相所 记录的是物体通过透镜系统成像时像平面上的光强(或振幅) ,而全息照相所记录的是底板 所在平面上物光波前的全部信息(振幅和相位) .直接观察全息照片时,看不到被摄物体的 像,只有再现光通过全息底板衍射后,才可再建物光波前,使我们看到立体像,故全息照相 过程分为全息记录和波前重现两个步骤. 为了记录物光在底板平面上的振幅分布和相位分布, 需要另一与之相干的光波 (参考光) 和它一起投射到底板上进行干涉.下面为全息照相光路图中的一种: 图1全息照相拍摄光路之一 激光器发出的相干光经分束镜分为透射和反射两束光, 其中一束反射光再经反射镜转向 扩束镜扩束之后作为参考光直接打在干板上. 另一束透射光经另一反射镜转向后再经一扩束 镜扩束后照射在被摄物体上,再由被摄物体发出散射光照到底板上称为物光. 物光与参考光相互干涉, 形成复杂的干涉条纹被记录在照相底板上, 就得到被摄物体散 射光的全部信息.要拍好一张全息照片需要具备三个基本条件:第一,要有一个很好的相干 光源;

第二,保证全息照相所用系统的稳定性;

第三,高分辨率的感光底板.全息一型干板 其极限分辨率每毫米可达

3000 条(普通感光胶片每毫米只可记录

50 至100 条条纹) .

四、全息照相实验内容与步骤: 1. 打开激光器,设计安排光路;

参考光与物光的光程大致相等、光强比一般在 5:1 到10:1 为宜;

反射镜 扩束镜 被摄物体 氦氖激光器 干板 分束镜 快门 扩束镜 反射镜 反射镜 2. 关闭曝光定时器的快门,将干板装在板夹上,乳胶面对着光入射的方向,静置两分 钟左右曝光. 3. 将曝光后取下的干板进行暗室处理. (1) 置于 D-19 显影液中显影

2 分钟,取出在清水中冲洗一下;

(2) 置于 F-5 定影液中定影

3 分钟,取出在清水中冲洗一下;

(3) 置于 R-10 漂白液中漂洗到黑色去净取出,水洗一分钟(开灯操作) . 4. 观察全息图: (1) 漫反射物体虚像的观察: 将底板放在经扩束镜扩束的激光光路中, 如图所示, 转动底板,当光束射于底板上的角度满足拍摄时参考光的入射角度时,可看 到被摄物体的三维立体虚像. 图2观看全息再现虚像光路 (2) 漫反射物体实像的观察: 全息底板上的每一点都记录了物光波前的全部信息, 因此,可以用激光器发出的激光束直射底板上任意一处的玻璃面如图所示, 用毛玻璃做屏,放在适当的位置,可在屏上看到物体的实像 图3观看全息再现实像光路

五、全息光栅实验原理 全息光栅是一种衍射光栅, 人们充分利用了单色光双光束干涉条纹具有等宽等距的特点 来制造全息光栅.全息光栅制作的原理简单.操作方便,所用光路灵活,利用如图所示光路 以及其他的平行的光路都可以制作全息光栅. 全息光栅不仅可以代替一般光栅用于教学实验, 还可以根据某些实验的特殊要求,如卷积演示,光学微分,图象相减等实验来制造各种空间 频率的全息光栅,全息正交光栅,全息复合光栅等等. 两束相干平行光成一定角度相交时, 将在相交区域形成干涉条纹, 用全息干板将此干涉 观看方向 激光器 扩束镜 全息图 再现物体 (虚象) 全息图 毛玻璃观察屏 氦氖激光器 条纹拍摄下来便是一块全息光栅,实验采用的是如下图所示的光路: 图4拍摄全息透射光栅光路图 光路主要由一块分束镜、三块反光镜、两个准直透镜、两个扩束镜、快门和氦氖激光器 组成.从氦氖激光器出射的单色光波经反射、分光、再反射、调等距后,再经扩束、准直汇 聚在干板上.且两束光之间的交角越大,干涉条纹越密,拍摄的防震要求越高. 干涉条纹间隔用 d 表示,则空间频率为 n=1/d θ取不同角度相应的条纹间隔 d 与空间频率 n 的关系如下表所示: θ 15° 30° 60° 150° d(μm) 2.4 1.2 0.63 0.33 n (条/毫米)