试验九全息摄影及全息图像的观察.PDFVIP

实验九 全息摄影及全息图像的观察 【实验目的】 1．掌握全息摄影的基本原理； 2．掌握全息摄影的基本技术； 3．学习暗室技术，提高动手能力。 【实验仪器】 He－Ne 激光器、全息实验台、光学镜头组、载物台、全息干板及干板架 【实验原理】 图 1 拍摄全息照片的光路图 拍摄全息照片的基本光路大致如图 1 所示。一激光光源（波长为λ）的光 分成两部分：直接照射到底片上的叫参考光；另一部分经物体表面散射的光也 1 照射到照相底片，称为物光。参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉， 底片记录的即是各干涉条纹叠加后的图像。 关于强度：显然参考光各处的强度是一样的，但由于物体表面的反射率不 同，所以物光的强度各处不同。因此，参考光和物光叠加干涉时形成的干涉条 纹各处浓淡也就不同。 关于相位：如图 2 所示，设 O 为物体上某一发光点， 图2 设参考光在 a 处的波动方程为:y A cos(ωt +ϕ ) ；物光在 O 点处的波动方程为： 0 0 y A cos(ωt +ϕ ) ； 1 1 物光在 a 点处的波动方程为：y A1cos(ωt +ϕ1−2πr / λ) ； 参考光与物光的相位差为：δϕ ϕ0 −ϕ1 +2πr / λ 。 2 由干涉条件可知： δϕ (2k +1)π 处为暗条纹，解得：r λ[(2k +1)π+ϕ1 −ϕ0] / 2π ； δϕ 2kπ 处为明条纹，解得r λ(2kπ+ϕ1 −ϕ0) / 2π 。 设 a、b 为相邻的两暗纹，由干涉知：a、b 两处的物光与参考光必须都反相。 因为 a、b 两处的参考光相同，所以其物光的波程差为λ。由几何关系知： 由此可知：当θ不同时，物光与参考光形成的干涉条纹的间距也不同，而 θ的大小又可以反映出物光光波的相位；再根据条纹的方向即可确定出物体的 前后，上下，左右的位置。全息照相的观察原理 图3 全息照片的观察原理图 全息照片不同于普通照片，其底片不显示物体的形象，而是干涉条纹叠加 后的图像。冲洗时只是改变了不同部分的透光性。观察时，需利用与拍照时同 频率的光的衍射原理。仍考虑相邻的两条纹a和b，此时二者为两透光缝。由惠 更斯-菲涅耳原理知：处于同一波阵面上的 a、b 可以当成子波波源，其强度皆 为激光光源的强度。沿原来从物体上 O 点发来的物光的方向的两束衍射光，由 3 几何知识知其光程差恰为λ。由发光点 O 在底片上各处造成的透光缝透过的光 形成的衍射条纹会使人眼感到原来的O点处有一发光点O’。所有发光点的对应 的衍射条纹会使人眼看到一个处于原来位置的完整的立体虚像。 【实验步骤】 1．打开激光器电源，取出各所需光学元件。 2．按光路图排列光路。 3．放干板，在老师统一指挥下拍摄，曝光时间一般为25秒左右。 4．显影时，如曝光量合适，显影液温度在 20℃左右，则显影时间一般在 2－3 分钟左右，具体时间要根据显影液浓度来定。显影后放入清水中漂洗，再放 入定影液中，定影时间不少于3分钟，然后水洗、晾干，即得全息照片。 5．取下被拍摄物体，将干板放入原光路中观察虚像，记录现象。 【思考题】 1．光波的信息包含哪几个？普通摄影记录了其中哪些信息？而全息摄影记录了 全部信息。 2．全息摄影记录信息的形式是什么？ 3