全息照相【DOC精选】.docx

全息照相【实验目的】了解全息照相的基本原理。观察全息照相的主要特点。初步掌握全息照片的拍摄方法。【实验仪器】 He—Ne激光器、防震台、分光镜、全反镜、电快门、全息干版架、磁性支架、拍摄物体、全息干版和冲洗设备。1、He—Ne激光器； 2、电快门； 3、分光镜；4、全反镜； 5、扩束镜； 6、物体； 7、全息干版；图1 拍摄漫反射物体全息图光路【实验原理】全息照相和普通照相的主要区别普通照相是运用几何光学中透镜成像的原理，把被摄物体的像成在一张感光底片上，冲洗以后，就得到一张记录了物体表面光强分布的平面图像。像的亮暗和物体表面反射光的强弱一一对应，也就是说普通照相仅记录了物光中的振幅信息，不能反映出物光光波中的位相信息，所以普通照片上的像没有立体感。而全息照相则是一种无透镜成像方法，它利用光的干涉原理在全息干版上记录被摄物体光波的全息信息一一振幅和位相，所以称为全息照相。全息照片再现时，所看到的物体是立体的，而且形象逼真。全息照片原理2.1 全息照片的获得——光的干涉由惠更斯—菲涅耳原理可知，自物体散射（或透射）的光波可看作是由物体上各物点（如n个物点）发出的球面波叠加而成，其表达式为：其中：表示自物体上第i个物点发出的矢径，、为光波的圆频率和波长，、为第i个物点发出光波的初位相和振幅。光波表达式中包含有振幅和相位两种信息，通过光的干涉能以干涉条纹的形式，记录这两种信息。图1是拍摄全息照片的光路图。由激光器发出的激光束，通过分光镜分成两束，一束称物光，它是经过透镜扩束后射向物体，再由物体反射后投向全息干版；另一束经反射镜反射和透镜扩束后直接照到全息干版上，称为参考光。由同一束激光分成的两束光具有高度的时间相干性和空间相干性，在干版上相遇后，发生干涉，形成干涉条纹。由于被摄物体发出的物光波是不规则的，这种复杂的物光波是由无数物点发出的球面波叠加而成，因此在全息干版上记录的干涉条纹，是一个十分复杂的干涉条纹的集合，最终形成一个肉眼不能识别的全息图。全息照相，是采用了一种将位相关系转换成相应振幅关系的方法，把位相关系以干涉条纹明暗变化的形式记录在全息干版上。我们以比较简单的例子来说明这一过程是如何形成的。设有两束平面单色光，以某一夹角投射到屏上，则形成一组平行、等距的干涉条纹。干涉条纹上各点的明暗主要决定于两光波在该点的位相关系（和两光波的振幅也有关），如在某些地方两列波以相同位相到达，它们的振幅叠加，形成亮条纹；如两列光波以相反位相到达，则振幅相减，形成暗条纹；其它地方，随相位差的不同，而有不同的亮度。当有复杂物体反射的不规则光波与参考光波相干涉时，形成的干涉条纹也是不规则的，干涉条纹的间距，由布拉格条件可以推得： （1）式（1）中为参考光束和物光束之间的夹角，为波波长。在物光和参考光夹角大的地方，条纹细密；夹角小的地方，条纹稀疏。由波的叠加原理可知，干涉条纹的明暗对比度（即反差）和两相干光的振幅有关：如两振幅相等，则反差最大；如振幅一大一小，则反差小。在全息照相中，干涉条纹的反差决定于物光和参考光的振幅，即条纹的反差包含有物光波振幅的信息。由上可知，物光波中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化被记录下来，物光波的方向以条纹的间距和走向被记录下来，所以，物光波的全部信息均以干涉条纹的形式被记录下来。全息照片的再现——光的衍射感光以后的全息底片经显影、定影等处理得到的全息照片上，记录的是一些干涉条纹，相当于一个“衍射光栅”，故在观察时必须采用一定的再现手段。一般是用相当于拍摄时的激光作照明光，它与底片的夹角同拍摄时参考光与底片的夹角。这样，照明光经全息照片（即“光栅”）便发生衍射，得到一列沿照明方向传播的零级衍射光波和二列一级衍射波。由全息照片产生的二列一级衍射波，它们有重要的区别，其中一列一级衍射波似乎是由位于原物体位置的实际物体发出的，如果这个光波被人眼所接收，就等于看到了原物体的再现虚像。如图2所示。R、拍摄时原参考光 1、复位的全息照片2、再现三维虚物； 3、虚物的共轭实像 4、观察者图2 全息照相再现光路另一列一级衍射波是原物体再现虚像的共轭实像，位置在观察者一边，如果在这个位置放一像屏，那么无需用透镜，就能在屏上直接得到一实像。（但必须满足一定的光路条件）。全息照片的主要特点立体感强由于记录了物光波的全部信息，所以通过全息照片所看到的虚像是逼真的三维物体如果从不同角度观察全息图，就像通过窗户看室外景物一样，可以看到物体的不同侧面，有视差效应和景深感。具有可分割性因为全息照片上每一点都有可能接收到物体各点来的散射光，即记录来自物体各点的物光波信息。反过来说，物体上每一点的散射光可照射到全息干版的各点，所以把全息照片分成许多小块，其中每一小块都可以