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印刷光学实验指导二 实验 全息照相与观察实验 [实验目的] 1．了解全息照相技术的基本原理及主要特点。 2．学习全息照相的拍摄方法和观察再现全息图。 [实验原理] 全息照相包含两个过程： 1．全息照相的记录——光的干涉 拍摄全息照片的光路如图2所示，相干性极好的氦氖激光器发出激光束，经分束镜被分成两束光，透射的一束光经反射镜(2)和扩束镜射向被摄物体上。再经物体表面漫反射后到达全息干版上，这束光称为物光；反射的一束光经反射镜(6)和扩束镜直接均匀地射向全息干版上，这束光称为参考光。参考光和物光在全息干版上叠加便产生了干涉现象，在这种干涉场中的全息干版经曝光、显影和定影等处理，就将被摄物体的全部信息——振幅和相位的分布状况以干涉条纹的形式全部记录下来。所得到的全息图显然是一组复杂而不规则的干涉图样。 2．全息照相的再现——光的衍射 由于全息干版上记录的并不是物体的几何图样，因而直接观察只能看到许多明暗不同的条纹、小环和斑点等干涉图样，要看到原来物体的像，必须使全息图再现原来物体发出的光波，这个过程就称全息图的再现过程，它所利用的是光栅衍射原理。 图1 全息图的再现 再现过程的观察光路如图1所示，一束从特定方向或与原来参考光方向相同的激光束(通常称为再现光)照射全息图，全息图上每一组干涉条纹相当于一个复杂的光栅，按光栅衍射原理，再现光将发生衍射，其+1级衍射光是发散光，与物体在原来位置时发出的光波完全一样，将形成一个虚像，与原物体完全相同，称为真像；-1级衍射光是会聚光，将形成一个共轭实像；称为膺像。当沿着衍射方向透过全息图朝原来被摄物的方位观察时，就可以看到那个逼真的三维立体图像(虚像)。 [实验内容] 1．检查全息平台的稳定性 2．调整光路 按图2所示光路布置各光学元件，调节时要注意； (1) 调整光学元件支架，使光路中各光学元件的光学中心共轴。 (2) 沿光路前后移动扩束镜的位置，使扩束后的光均匀照亮被摄物体和全息干版，光斑不能太大，以免浪费能量。 (3) 物光和参考光的光程差要尽量小，一般常使两者光程大致相等。注意：被摄物体离全息干版的距离不能太远(约10cm)。 （4）物光和参考光束间的夹角在30(—45(之间为宜。 (5)物光和参考光的光强比要合适．一般取1：2到1：5的光强比。 图1 全息照相光路图 3．曝光 调好光路后，选择预定的曝光时间(由实验条件来定)，然后关闭光开关，在暗绿灯下将全息干版安装在照相框架上，药膜面向着被摄物体，放好底片后稍等1分钟，待整个系统稳定后开始曝光(在曝光过程中，切勿走动，保持安静，以保证干涉条纹无漂移)。 4．冲洗 将曝光后的全息干版取下，在显影液中显影。在1min左右显出曝光区和未曝光区的黑白界限较佳。显影时只能在暗绿灯下观看。停止显影后经水洗，再放入定影液中定影5~10min，然后用水漂洗，晾干后即成为全息照片。 5．全息图的再现观察（观察方法见教材） (1) 虚像观察：判别再现虚象的视角范围大小与观察者离全息照相距离和全息照相尺寸的关系。（注意感光药膜面应向着再现光束）。 (2) 实像观察：将全息照片绕铅直轴转180(，即药膜面向观察者。 (3) 用小孔光阑遮住全息图片，通过小孔观察再现像有何变化？ (4) 设计用两束物光束拍摄漫反射全息照相。比较拍摄效果。（选做内容）