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实验6　菲涅耳全息 一、目的 1．学习和掌握全息照相的基本原理； 2．掌握全息照相的实验技术； 3．了解全息图的基本性质，观察并总结全息照相的特点。 二、原理 设全息干板位于x-y平面内，则令 (6-1) (6-2) 分别表示物光和参考光在干板前表面上的复振幅分布。若采用相干光照明，则根据叠加原理，干板前表面上的光场（复振幅）分布为 (6-3) 其强度分布为： (6-4) 如果采用乳胶感光曲线的线性部分，则冲洗后全息图的振幅透射率为 (6-5) 式中，为全息干板负片的灰雾透射率，为负片线性部分的斜率，为曝光时间，则称之为负片的均匀偏置透过率。 若采用一束相干照明光来照射所得到的全息图时，其透射光波场为 (6-6) 下面来分析透射光场中的四项各自所代表的光场分布。第一项是照明光波乘上了一个常数因子（对于参考光来说，一般采用平面光或球面光，故近似为常数），该因子只改变照明光波的振幅大小，不改变其性质。第二项是照明光波乘上了一个与相关的因子，即照明光波的振幅受到物光场的强度分布的调制，它会产生一些离散光，是一种“噪声”。这种噪声问题只要注意调整好参考光与物光振幅之比，使得第二项相对第一项强度小很多就可以降低噪声。同时，前两项的传播方向都大致延续照明光波的传播方向，共同构成了透射光场中的零级项。 当照明光波采用原参考光波时，即有，透射光场第三项变为 (6-7) 该项代表一个均匀强度调制的原物光波。由于物光波是一束发散的光波，因此可以逆着该光波观察到一个原物体的虚像，这一项称为透射光场的+1级项。而相应的第四项则变成，它代表的是一个振幅、相位均受到调制的原物光波的共轭光波，这一部分光波就会产生一个畸变的实像。这一项称为透射光场的-1级项。 　　当照明光波采用原参考光波的共轭波时，即有，则透射光场的第四项变成 (6-8) 它代表一个受均匀强度调制的物光波的共轭光波，它的传播方向与物光波的传播方向相反，并且它是一束会聚光波。该束会聚光波就可以产生一个共轭实像，这一项称为透射光场的+1级项。而此时透射光场中对应的第三项就变成，它也代表的是一个振幅、相位均受到调制的原物光波，该光波就会产生一个畸变的虚像。这一项称为透射光场的-1级项。菲涅耳全息图的记录与再现过程的原理如图6.1所示。 三、仪器 全息平台、He-Ne激光器、曝光控制器（K）、光学元件（包括：分束器（BS）、平面反射镜（M）、扩束镜（L1）、准直镜（L2））、全息干板（H）、干板架 四、实验光路 五、实验内容及步骤 1．光路调节 光路调节是本实验的重要内容，也是拍好全息图的关键。首先了解各仪器的结构与功能，熟练掌握其使用与调节方法。并在干板架上插入白屏（用以接收光），然后按图在全息平台上布置光路。 光路调节要点： （1）激光器发出的光线及经过全反镜（total mirror）、分束镜反射后的光线构成的平面应与平台平面平行。 具体作法是，在一磁座上插入带有十字刻线的白屏（也可利用扩束镜的通光小孔），首先调节激光器的俯仰，使十字屏在平台上移动到不同位置时，细激光束始终照在十字中心，说明激光器出射的细光束与平台平行。调节分束镜、反射镜的高低、俯仰，使它们反射的细激光束均照在白屏的十字中心，这样，细激光束构成的平面与全息平台平行。 （2）调节物光 具体做法：按图放置分束镜S、全反镜M1、被拍物及白屏。（先不要放置扩束镜，且各元件合理分布在平台的较大范围，不要挤在一块。分束镜反射的光作为参考光，其透射光（transmission light）作物光）。调节M1反射角度以及物的高低，使反射的点光束射在物体中部，旋转放置物体的底座或白屏的角度，使白屏接收到的被物体反射的光斑最强且在白屏中部。物离干板在10～20cm为宜，太远则物光太弱。M1反射的细激光束尽量照在物的正面，且尽量使干板平面正对物的正面（如同一般照相时，灯光从人的正前方照射，照相机也在人的正面拍摄一样）。之后加入扩束镜，在M1及物体之间加入扩束镜L1，以将M1反射的点光束扩束并正好照亮整个物体，要求L1到物的距离稍近， L1扩束的光把物均匀照亮，此时沿着被物体反射的光线方向在白屏中应看到清晰的物体轮廓像。 （3）参考光调节 要想干涉，必须保证物光光程与参考光光程相等，物光与参考光的起点是分束镜，终点是干板平面。实验中用线绳测量先将物光光程确定好，以此为标准，来确定全反镜M2的位置。细激光束直射在物中心和白屏中心，适当转动调节物体及反射镜，但不可移动位置，使参考光与物光中心线的夹角( 约为20ο～30ο左右。 （4）最后在参考光支路加入扩束镜L2，将点光束扩束合适。L2到干板距离稍远， L2扩束的光把白屏均匀照亮。然后去掉白屏，眼睛处于干板位置的后方观察，微微转动物（不可