北航物理实验研究性报告全息照相和全息干涉法的应用.docxVIP

北京航空航天大学基础物理实验研究性报告 PAGE 16 北航物理实验研究性报告 专题:全息照相和全息干涉法的应用 第一作者：王尼玛 学号：100311xx 第二作者：杨尼美 学号：100311xx 班级：100327 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 目录 2 摘要 3 一、 实验目的 3 二、 实验原理 4 三、 实验仪器 8 四、 实验步骤 9 1、 全息照片的拍摄与再现像的观察 9 2、 二次曝光法测定铝板的杨氏模量 11 五、 数据记录与处理 12 1、 原始数据记录 12 2、 数据处理 12 六、 讨论与总结 14 1、 误差分析 14 2、 改进建议 14 3、 总结体会 15 七、 参考资料 15 摘要 全息照相的基本原理是D?伽柏在1948年提出的，但在20世纪50年代该方面的研究工作进展缓慢，直到1960年以后激光的出现，它的高度相干性和大强度为全息照相提供了理想的光源，使全息技术有了迅速的发展，相继出现了多种全息方法，从而在全息干涉计量、全息无损检测、全息存储以及全息器件等方面获得了重要的应用。D?伽柏也因此在1971年获得了诺贝尔物理学奖。 全息照相是一种利用相干光得到包括物光波前的振幅、位相在内的物体全部信息的二步成像技术，它可以再现物体的立体形象。无论从原理上和实验技术上，全息照相都和普通照相有本质区别。全息干涉是全息照相方法的一个重要应用，和普通干涉相比，它们的干涉理论和测量精度基本相同，只是获得干涉的方法不同。以本实验采用的两次曝光法为例，它采用同一束光，在不同的时间对同一张全息干板进行重复曝光，如果两次曝光之间物体稍有移动，那么再现时两物体的波前将发生干涉，这些干涉条纹携带有物体表面移动的信息，根据条纹的分布便可以计算出物体表面各点位移的大小和方向。 全息干涉计量术能够对具有任意形状和表面状况的三维表面进行测量；由于全息图具有三维性质，故可通过全息干涉计量方法从许多视图去考察一个复杂物体；它还可以对一个物体在不同时刻用全息干涉方法进行观察，从而探测物体在一段时间内发生的各种改变。此外，它有光路简单、对光学元件的精度要求较低等特点，因而在干涉计量领域内得到了广泛应用。 本实验的内容为反射式和透射式全息照相，并在反射式全息照相基础上用二次曝光法测量铝板的杨氏模量。通过实验不仅可以学到全息照相和全息干涉技术的基本知识和技能，还可以获得在二维光学平台上进行光路调整的训练以及有关照相的基本知识。 实验目的 了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相与透射式全息照相的基本技术和方法； 掌握在光学平台上进行光路调整的基本方法和技能； 学习用二次曝光法进行全息干涉测量，并以此测定铝板的弹性模量； 通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基础知识。 实验原理 1．全息照相 全息照相所记录的是包括物光波前的振幅和位相在内的全部信息。该技术借助一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光之间的干涉条纹，间接记录下物光的振幅和位相信息，然后使照明光按一定方向照射到全息图上，通过全息图的衍射再现物光波前，这时人眼便能看到物体的立体像。根据记录光路的不同，全息照相又分为透射式全息和反射式全息，若物光和参考光位于记录介质（干板）的同侧，则称为透射全息；若物光和参考光位于记录介质的异侧，则称为反射全息。 （1）透射式全息照相 将干板垂直于纸面放置，两书相干平行光o、r按照图1所示方向入射到感光板上，他们与感光板法向夹角分别为和，并且o光中的两条光线1、2与r光中的两条光线和在A、O两点相遇并相干，于是在垂直于纸面方向产生平行的明暗相间的干涉条纹，亦即在感光板上形成一个光栅。如图1，光线与之间光程差为 ，光线1与2之间的光程差为，又由于光线2与等光程，所以光线1与间的光程差为，综上所述，所得干涉条纹间距为： （1） 图 SEQ 图 \* ARABIC 1 图 SEQ 图 \* ARABIC 2 而在通常情况下，物光与参考光都是发散球面波，将感光板至于直角坐标系OXY平面上，如图2，物光光线1、2与参考光线、。在A、O两点处相遇并相干。在A、O两点附近微小区域，可将这些光线视为一束微小的平行光，两束光在感光板上相遇并干涉，形成与Y轴方向平行的，间距为d的明暗条纹，结合式（1）有： （2） 而干涉形成的全息图是以干涉条纹形式记录的物光波，相当于一块有复杂光栅结构的衍射屏，以光栅发现为基准，逆时针转至入（衍）射光线的入（衍）射角为正，则光栅方程为： （3） 所以，让与参考光r完全相同的再现光照射到全息图上，就会在原物处看到与其等大的三维像，实现全息像的