全息技术的典型应用实验讲义.doc

全校开放实验配套讲义之 全息技术的 典型应用 淮海工学院 2014-4 前 言 光的本质是电磁波，每一束光波都包含了振幅、频率和相位等信息。“全息”即全部信息的简称，全息技术就是要把物光波的所有信息都记录下来。全息照相原理早在1948年就由伦敦大学的英籍匈牙利物理学家伽伯(Dennis Gabor 1900-1979) 为提高电子显微镜的分辨本领而提出的。因为当时没有单色性很好的光源，所以全息照相术并没有取得很大的进展。直到激光问世后，光源问题得到了根本的解决，全息照相技术才得到了迅速发展。1962年利思（E.Leith）和乌帕特尼克斯（J.Upatnieks）在全息术中利用了激光，并提出了离轴全息术，使全息技术迅速发展成为科学技术的一个新领域，目前已获得了相当广泛的应用。伽伯由于对全息技术的研究于1971年荣获诺贝尔物理学奖。 伽伯在发明全息不久，就指出它在三个方面的应用前景，即全息光学元件、全息干涉计量和全息信息存储。根据全息原理可制成全息光栅、全息透镜、全息滤波片、全息扫描器等多种光学器件。随着激光器的问世，全息技术不但在这三方面都获得了不同程度的发展，同时又扩展到全息立体显示、全息变换、特征识别等方面。目前全息技术在科技、文化、工业、农业、医药、艺术、商业及军事等领域都得到了一定程度的应用。但由于种种技术上原因，最有效的应用仍是全息干涉计量和全息光学元件制作。 本书是为光学专业学生的教学需求而编写的，除了通过几个典型的光路帮助学生进行光学实验的基础训练之外，还编写了一些全息技术的典型实验，如：全息光栅、全息透镜、透射全息、反射全息、彩虹全息、全息资料存储、数字全息、全息干涉计量等。在本书的编写过程中，参考了南京航空航天大学、苏州大学、北京大恒新纪元科技公司等单位的资料，在此深表感谢！因作者的水平有限、编写时间匆忙，书中错误难以避免，敬请专家和读者批评指正。 编者 2014年4月于淮海工学院 目 录 预备实验 光学实验基础、光路调整与技巧 实验1 阿贝成像与空间滤波 实验2 调制 假彩色合成 实验3 全息光栅 实验4 全息透镜 实验5 透射全息 实验6 反射全息 实验7 像面全息 实验8 彩虹全息 实验9 全息图复制 实验10 全息资料存储 实验11 数字全息 实验12 全息干涉计量 实验13 散斑测量 实验14 特征识别 预备实验 光学实验基础、光路调整与技巧 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能、特点和使用方法，对搭建实验光路时选择光学元器件、正确的使用光学元器件有重要的作用。 实验目的 了解光学实验的注意事项，掌握基本光学元件的功能和调节方法，学会调整光路，主要包括共轴调节、准直调节和针孔滤波等。 基本原理 一、光学实验仪器: 常用光学仪器有激光光源、光学元件、记录介质、冲洗设备等。 1. 激光光源; 本课程实验选择的激光器是气体型He-Ne激光器，波长为632.8nm，内腔式功率2mW、外腔式功率30mW，个别实验中还会用到白光点光源。 2、防震台 。全息图记录参考波和物光波的干涉条纹，如果在曝光过程中有变化，就影响干涉条纹的调制度。通常要求变化小于该光的十分之一。安装一个隔离罩记录全息图时室内不要通风，工作人员不要大声讲话工作台。 分束 分束的作用是将激光分为两束，。分束一般是在玻璃板上镀干涉膜。干涉膜有两种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。分束扩束因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜加大光束的发散角。通常可用2倍、4倍的显微物镜或焦距很短的单片正透镜或负透镜 ③透镜准直、成像透镜、傅立叶变换透镜透镜为了提高光的透射率，透镜面要镀增透膜。在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏的透镜因为它们会使产生噪声 ④反射镜 光学实验需用表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。 多自由度微调器可变光 如有条件，可以选用平晶进行细调。把平晶放到准直镜后，使光线反射到白屏上，可以观察到干涉条纹，左右微移动准直镜，观察挡板条纹的变化，找出规律，并使条纹的数目减少，最后在白屏上只剩下一条或半条条纹，这时从准直镜出来的光线就是平行光。 四、针孔滤波： 激光经过透镜、反射镜、扩束镜后，因镜面上有灰尘等杂质，所以出射光斑往往带有各种黑斑（即高频噪声），需要用低通滤波器（针孔）滤除这些高频杂波成分。如图，旋转丝杆，将显微物镜后退，然后将针孔放入显微物镜前方孔内（带有磁性，自动吸牢）。用白屏在针孔出口处一般能接收到透射的激光菲涅尔衍射光斑。如接收不到菲涅尔衍射光斑，则通过调节针孔上下、左右位置调节旋钮使菲涅尔衍射光斑出现并达到最亮。然后通过丝杆将显微物镜向针孔方向移动，同时调节针孔上下、左右位置调节旋钮