全息照相和全息干涉法的应用-苗明川.ppt

全息照相 全息照相和全息干涉法的应用 E 09 北京航空航天大学物理实验中心 全息照相的概念 全息照相是一种新型的照相技术，成像过程是：利用光的干涉和衍射现象，在照相干板或胶片上以干涉条纹的形式将图像记录下来。用光照射这种干板（称作全息干板），就能以立体形式再现出原来物体的像。 全息照相术的起源 全息术由英国科学家丹尼斯·伽柏（Dennis Gabor）于1948年提出，伽柏因此在1971年获得了诺贝尔物理学奖。伽柏的目的是想利用全息术提高电子显微镜的分辨率，当时使用汞灯作为光源，但是汞灯作为光源不是很理想。这种技术要求高度相干性及高强度的光源。 全息照相术的起源 1960年梅曼（Maiman）研制成功了红宝石激光器，1961年贾范（Javan）等制成了氦氖激光器。一种全所未有的优质相干光源诞生了。1962年美国科学家E.N.利思（E.N.Leith）和J.乌帕特尼克斯（J.Upatnieks）用激光器对伽柏的技术做了划时代的改进，全息术的研究从此获得了突飞猛进的发展，全息技术的研究日趋广泛深入，逐渐开辟了全息应用的新领域，成为近代光学的一个重用分支。 全息照相的特点 具有十分逼真的立体像，它与观察实物完全一样，具有相同的视觉效果(立体感强)； 把全息片分成若干小块，每一块都可再现原物完整的像； 同一张底片上，经过多次曝光，可以重叠许多物体的像，每个像能不受干扰地单独显示出来； 易于复制，仍保持和原来像完全一样。 …… 全息技术的应用 全息干涉计量 两次曝光或连续曝光，可记录物体的微小、高速运动。 全息无损检测 全息存储 拍摄全息照片，改变参考光束方向，可将不同物体摄在同一张底片上。再现时偏转照明光束，物体将互不干扰地显现。 全息器件 全息显微镜（用短脉冲激光在一张底片上记录粒子的运动。再现粒子的运动状态及瞬时分布） …… 实验目的和要求 了解全息照相的基本原理 （反射式和透射式全息照相的技术和方法） 学习用二次曝光法测定铝板的杨氏模量 学习光路调整的基本方法和技能 了解有关照相的一些基础知识 反射式全息 再现时眼睛接受的是白光在底片上的反射光;物光和参考光在记录介质的异侧 全息照相 透射式全息 再现时观察研究的是全息图透射光的成像;物光和参考光位于记录介质 （干板）的同侧 实验原理 实验原理1—反射式全息 反射式全息 反射式全息是利用后照相乳胶的布拉格衍射效应来实现的。激光光束经扩束镜L扩束后照射在全息干板H上作为参考光，透过H的光照明物体，经物体漫反射的光成为物光，干板的乳胶面向着物体，乳胶感光材料的透过率为30%～50%，物体的反射率较高，光束比能满足全息图的记录条件。 实验原理2—两次曝光法测定金属板的杨氏模量 激光束经扩束镜照射在干板上为参考光，透过干板后的光束经铝板反射后照射在干板上即为物光。首先在铝板自由端未受力时作第一次曝光，干板上记录了铝板处于原始状态时的全息图，然后通过加力装置对铝板的自由端加力后作第二次曝光，干板上又记录了铝板受力变形后的全息图。再现时同时复现铝板两个状态下的物光波前，这两个波前产生干涉，形成一簇等光程差的干涉条纹。如果能测出某一级亮纹或暗纹所在处沿铝板纵轴方向的位置，即可计算出其杨氏模量。 实验原理2—两次曝光法测定金属板的杨氏模量 反射式全息测法杨氏模量： L为梁的长度，E 为材料的杨氏模量，J=bh3/12为梁的横截面的惯性矩，x为待测点的坐标位置。 Y方向的位移量为 由干涉原理,亮纹处的位移量为 A点与A’点发出的光波的光程差为 位移量的计算 实验原理2—两次曝光法测定金属板的杨氏模量 式中， J=bh3/12。 α和β都近似为零，只要测出铝板的长度L、宽度b、厚度h和悬臂梁自由端所加的力Fy，读出某一级亮纹或者暗纹所在处的沿梁X轴方向的位置x，即可得出其杨氏模量。 综上所述： 亮纹处位移量为 Y方向的位移量为 ∴ 实验原理2—两次曝光法测定金属板的杨氏模量 K的确定 m为砝码重量=15.5g x为亮条纹到底座距离 L为铝板长度=70.1mm b为铝板宽度=40.5mm h为铝板厚度=1.7mm 透射式全息 实验原理3—透射式全息 由激光器输出的细激光束经反射镜M１反射后被分束镜Ｇ分成两束：反射的一束经反射镜Ｍ3再次反射并经扩束镜Ｌ2扩束后，照在全息干板上作为参考光束；透射的一束由反射镜Ｍ2反射折转，再经过扩束镜L１扩束后照明物体，经物体漫反射形成的物光束也到达全息干板Ｈ上。物光与参考光在全息干板上发生干涉将形成复杂的干涉图样，全息干板经冲洗吹干后即可得到一张透射式全息图。 实验仪器 35mW氦氖激光器及电源一套；分束镜一块；平面镜三块；被摄物；砝码加载器及待测铝板一个；载物台一个；底板架一个；扩束镜两块；透镜一块；白屏一块；纯净