全息照相实验报告

全息照相实验报告 篇一:全息照相实验实验报告 物理与光电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 光电信息技术实验报告 姓名:张皓景 学号:20111359069 班级:光信息科学与技术专业2011级2班实验名称:全息照相实验 任课教师:裴世鑫 一、 实验目的 1(了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。 2(学习全息照相的拍摄方法和实验技术。 3(了解全息照相再现物像的性质、观察方法。 二、 实验仪器 三、 实验装置示意图 45底片 图1 全息照相光路 四、 实验原理 全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光 1 照明，利用干涉原理，把物体 在感光材料(全息干版)处的光波波前纪录下来，称为全息图。第二步利用衍射原理，按一定条件用光照射全息图，原先被纪录的物体光波的波前，就会重新激活出来在全息图后继续传播，就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体，而是与原物完全相同的一个三维像。 1(全息照相的纪录——光的干涉 由光的波动理论知道，光波是电磁波。一列单色波可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为: x?Acos(?t??? 2?r ? ) (1) 式中，A 为振幅，ω 为圆频率，λ 为波长，φ 为波源的初相位。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加: x??Acos(?it??i? i?1 n 2?ri ?i 2 ) (2) 因此，任何一定频率的光波都包含着振幅(A)和位相(ωt+φ-2πr/λ)两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图(1)所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射(或透射)后照射到感光底片(全息干版)上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线,毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。 2(全息照相的再现——光的衍射 由于全息照相在感光板上纪录的不是被摄物的直接形象，而是复杂的干涉条纹，因此全息照片实际上相当于一个衍射 3 光栅，物象再现的过程实际是光的衍射现象。要看到被摄物体的像，必须用一束同参考光的波长和传播方向完全相同的光束照射全息照片，这束光叫再现光。这样在原先拍摄时放置物体的方向上就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。如图2 所示把拍摄好的全息底片放回原光路中，用参考光波照射全息片时，经过底片衍射后有三部分光波射出。 0 级衍射光——它是入射再现光波的衰减。 +1 级衍射光——它是发散光，将形成一个虚像。如果此光波被观察者的眼睛接收，就等于接收了原被摄物发出的光波，因而能看到原物体的再现像。 -1级衍射光——它是会聚光，将在与原物点对称的位置上形成物体的再现虚像的共轭实像。 3(全息照相原理的 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 描述 下面对全息照相原理作一简单的数学描述。设全息底片所在平面为xy 平面，物光在底片上的振动表达式为 图2 E0(x,y)?A0(x,y)cos[?t??0(x,y)] (3) 参考光为 ER(x,y)?AR(x,y)cos[?t??R(x,y)] (4) 为方便起见，采用复数形式表示，写成 E0(x,y)?A0(x,y)ei?0(x,y)ei?t ER(x,y)?AR(x,y)ei?R(x,y)ei?t 对于相干波的叠加，真正起作用的是振幅和相位，常用复 4 振幅来表示，即省去时间相位因 子eiωt，剩下的部分既含振幅，又含随空间变化的相位，把它称为复振幅。于是，在底片 上任一点物光和参考光复振幅分别为 O(x,y)?A0(x,y)ei?0(x,y)(5) R(x,y)?AR(x,y)ei?R(x,y) (6) 相干叠加后的合成光场为 H(x,y)?R(x,y)?O(x,y) (7) 干涉条纹的光强为 I?HH??[O?R][O??R?](8) 式中为H为H的共轭复数。为使关系式简洁，各量中的x，y 均省略。将上式展开得 ? 22 I?A0?AR?A0ARei(?0??R)?A0ARe?i(?0??R) 经简化后上式可简写为 22I?A0?AR?2A0ARcos(?0??R)(9) 这正是干涉条纹光强的表达式。上式表明，光强I(x，y)包含了物光波的全部信息(振幅和相位)。采用适当的两光波强度比，感光底片经曝光并进行线性冲洗后，就得到一张全息照片。 假定用照明光R′(x，y)照射全息图，设再现光在全息图上的复振幅为 R?(x,y)?AR?(x,y)ei?R?(x,y) 5 如把全息照片看作衍射屏，则透过全息照片后衍射波的复振幅为 U(x,y)?R?(x,y)t(x,y) (10) 式中t(x，y)为全息照片的复振幅透射率，对于经线性处理的全息照片，复振幅透射率与 曝光时的光强成线性关系，即 t(x,y)?t0??I(x,y)(11) 于是，透过全息照片后衍射波的复振幅 U(x,y)?R?(x,y)[t0??I(x,y)] 将I(x，y)值代入得 U?U0?U?1?U?1(12) 式中第一项U0 除了系数(t0+βAo2+βAR2)外，与再现光相同，为零级衍射波，代表照明光的透射波，形成一个背景象，从物光重现的角度来看，可以不予考虑。 第二项U+1 为+1 级衍射波，当再现光和参考光完全相同时，即AR′=AR=AR，φR′=φR， 则+1 级衍射波在全息照片上的复振幅为 U?1??R?R?O??AR?ARe i(?R???R) O??A2O 与原物光只差一个常数因子，实现了原物光的再现。观察者将在原物体所在位置上看到逼真的立体虚像，在不同的角度看到物体不同的侧面。 6 第三项U-1 为-1 级衍射波，当再现光是参考光时，则-1 级衍射波在全息照片上的复振幅为 U?1??R?R?O??AR?ARei(?R???R)O??A2ei2R?O? 与原物光的共轭波O,(x，y)除相差一个常数因子外，还多一个位相因子ei2φR，表示衍射波会聚于以全息照片为对称面的原物体的对称位置上，观察者将在此位置上看到一个实像，在实像中的那些细节与虚像是相反的。 篇二:5.5全息照相实验报告 全息照相实验报告 班级:XXX姓名:XXX 学号:XXX 时间:XXX 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、曝光定时器及快门、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息?型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与 7 物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示: 感光底板 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总 光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为 8 I?(O?R)(O*?R*)?OO*?RR*?OR*?O*R?IO?IR?OR*?O*R (式1) 式子中，O*与R*分别是O和R的共轭量;I。，IR分别为物光波和参考光波独立照射底版时的放光强度。 2.物相再现 3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令 t,透过光的复振幅/入射光的复振幅(式2) 则复振幅透过率t一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得 t?t0?KI(式3) 物象再现是用光照射已经摄制好的全息照片并观察透过光。这个过程称为波前重现，通常再照光与拍摄全息照片的参考光束R相同，因此，透过的光波的复振幅与位相用W表示，则: (式4) W?t0R?KR(I0?IR?OR*?O*R)?[t0?K(I0?IR)]R?KIRO?KR O*R 第一项与参考波R成正比，是按一定比例重建的参考波，或者说是直接透过再找光相当于零级衍射波。 9 第二项与原来的物光成正比，是按一定比例重建的物光波，相当于一级衍射波。这个光波根据惠更斯原理继续传播，与原来物体在原来位臵发出的光波相同，仅仅是振幅按一定比例改变，位相改变180度。因此全息照片后面的观察者对这个光波方向观察时，可以看到原来物体的三维立体像。如图所示: 全息照片 一级衍射波人眼观察 第三项与物光波的公轭光波O*有关。它是因衍射而产生的另一个一级衍射波，称为孪生波。这意味着在须向的相反一侧会聚称一个共轭的实像。 【实验内容与测量】 1.全息照相 (1) 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 光路系统如下图，打开激光光源预热，激光器的电流指示为6,7mA，光路系统应该满足下列条件: 反射镜 ?物光束和参考光束由分光板至感光版之间的光程大致相等 ?用透镜将物光束扩展到保证整个被摄物都能受到光照，参考光束也应扩展使感光板有均匀光照 ?照在感光板上的物光束和参考光束之间的夹角在30,50之间为宜 10 ?参考光束应强于物光束，在放感光板的地方她们的强度比约为3:至5:1 (2)关闭室内照明灯，用光电池测量放感光板处参考光束和物光光束的强度，以检验发光强度比是否符合要求。曝光时间应该控制在20,60s之间。 (3)上快门，调好曝光定时器的曝光时间，装感光板。使乳胶面向着入射光，静臵几分钟使防震台不振动后曝光。 (4)显影和定影。显影液用D-19显影液，显影时间为2min。取出感光板后用自来水冲洗。然后放在定影液中……再水洗2,3min即可观察物象再现。 2.物象再现 1)用激光照射全息照片的正面。尽可能使光照方向与原来参考光束方向一致，从照片反面观察物象。 2)用1)的方法观察到正立的三维图象后，旋转全息照片180度，使其反面被激光照射。 3)用自己所想的方法观察全息照片。 【数据处理实验结论】 在这次光学实验中，对于再现像的观察我们没有得到再现像的实验结果，对此我觉得我们必然在某处有错误，或者是由于实验仪器造成，因此我展开分析，下面是一些分析结果。 实验中决定成功的因素: 一、系统稳定性对实验结果的影响由于全息图上所记录的 11 是参考光和物光的干涉条纹, 而这些条纹非常细, 在曝光过程中, 极小的振动和位移都会引起干涉条纹的模糊不清, 甚至使干涉条纹完全不能记录下来。 二、光路对实验结果的影响 (1) 参考光和物光的光程差的影响。参考光和物光的光程差[ 1 ]不能太大, 不能大于所用激光的相干长度, 否则两者不能相干, 无法在全息干板上获得干涉条纹。 。。 (2) 参考光和物光的夹角的影响。假如全息干板上干涉条纹的间距为d, 光源波长为λ。根据干涉原理, d 与参考光和物光之间的夹角θ有关, 而干板分辨率η 与d 有关 。可以看出, θ角愈大, 所记录的干涉条纹就越细, 对干板的分辨率要求越高, 故夹角θ不能太大。而夹角θ对全息图再现象时的观察窗(视角) 有影响, 夹角大, 可在较大范围内从不同角度观察物象, 反之, 观察窗则小, 因此夹角θ也不能太小。 (3) 参考光和物光的光强比的影响。全息照相是物光与参考光的双光束干涉. 对于一般双光束干涉来说, 如果2束光的光强相同, 干涉条纹可得到最大的对比度, 这对一般线性接受元件是合适的。而对全息照相的记录介质来说, 曝光量( T) 和振幅(H) 透过率的特性曲线是非线性的, 在曲线两端发生奇变, 如图3所示, 产生较高阶的衍射光,使衍射效率降 12 低。干板的曝光特性 另一方面, 当物光比参考光强, 斑纹比较显著, 产生较大量的晕轮光围绕零级衍射光, 降低了成象的光通量, 致使效率降低。 (4) 全息干板固定不牢或夹持位臵偏差大, 以及把有药面的一面与玻璃面放反, 都会造成实验的失败。 三、曝光与显影对实验结果的影响 (1) 曝光时间的影响。如果曝光时间太短, 底板上条纹太浅甚至没有, 复杂的衍射光栅无法形成, 当然也就无法再现像。若曝光时间太长, 底板可能太黑, 光线的透过率降低。另外, 曝光时间越长, 保持系统稳定性越难, 曝光时间内突然的躁声和振动会使拍摄失败[。 (2) 显影时间的影响。显影的程度是否适当对全息图质量影响很大。若显影时间太长, 全息干板发黑, 光线的透射率降低, 无法再现像; 而显影时间太短, 干板上条纹不能出现, 无法形成复杂的衍射光栅, 甚至是一块透明玻璃片, 也无法再现像。 改进方法: 光路的选择 (1)单物光束反射、透射全息照相光路 实验装臵如图,、图,所示[2]，从激光器,发出的光波被分束镜,分成2束，一束经,,反射和凸透镜扩束后照 13 射在被摄物体上，经物体反射( 图1 ) 或透射( 图2 ) 的光再照射到全息干板,上，这束光为物光波。另一束经,,反射和扩束后直接照射在全息干板,上，这束光为参考光波。由于这2束光是相干的，所以在全息干板上就形成明暗相间的干涉条纹并被记录。条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅。感光底片上将物光的信息都记录下来，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图，即全息照片。优点:实验装臵简单，照射到物体上的光较强，容易控制物光和参考光的光比，再现照片反差大，轮廓分明。缺点:由于被摄物体不是平面物体，而光又是沿线传播的，所以物体不能被全部照亮，干板上记录的影像信息只是物光束能照射到的部分，其他部分的像是暗的，照片层次较差。 (2)双物光束漫反射全息照相光路 为了克服单物光束拍摄全息照片的缺点，可以用2束光照射物体，照亮原单束光照不到的地方[3]，并在想突出表现的部位打上较强的光，从而使全息片层次更丰富，表现力更强。从全息照相的原理考虑，物光束和参考光束必须是相干光，因此，它们必须来自同一光源，从同一光束中分离出来。在单光束光路中又增加一个分束器T1，将原来的物光束一分为二，再经过反射镜1 M′ 、1 M′′从2个不同方向照射到被摄物体。 14 篇三:物理实验-全息照相-实验报告 物 理 实 验 报 告 班 级__信工C班___组 别______D______ 姓 名____李铃______学 号_1111000048_ 日 期___2013.3.6___指导教师___张波____ 【实验 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目】_________全息照相 【实验目的】 1.了解全息摄影的基本原理、实验装置以及实验方法; 2.掌握激光全息摄影和激光再现的实验技术; 3.通过观察全息图像的再现，弄清全息照片和普通照片的本质区别 【实验仪器】 防震全息台，氦—氖激光器，扩束透镜，分束棱镜(或分束板)，反射镜，毛玻璃屏，调节支架，米尺，计时器，照相冲洗设备等。 【实验原理】 全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样 15 的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。 全息图种类很多，有菲涅耳图、夫琅和费图、傅立叶变换全息图、彩虹全息图、像全息图、体积全息图等。不管哪种全息图都要分成两步来完成，即用干涉法记录光波全息图，称波前记录;用衍射原理使原光波波前再现，称波前再现。 1.全息照相的过程 物体发出的包含振幅和位相信息的光可以用下式表示: 其中: 信息，而位相信息 为振幅， 为位相。普通摄影只能记录物体光波的振幅全部丢失，因此照片没有立体感。数学表达式为: 实际上没有任何一种感光材料可以直接记录光波的位相，在全息摄影中我们利用光的干涉原理来记录光波的振幅和位相信息。如右图 所示，激光器L发出的激光由分束镜BS将光线一 分为二，透射光线经反射镜M2反射再经过扩束后 照射在被摄物体上，这束光线称为物光(O光);反 射光线经反射镜M1反射再经过扩束后直接照射在 感光材料上，因而称为参考光(R光);两束光线在 P处相干并形成干涉条纹，这些条纹记录了物光的 所有振幅和位相信息。数学表达式如下: 16 物光为: 参考光为: 两光相干后总光强为: 两光相干后总光强的表达式说明全息图中包念着物光的振幅和位相信息，它们全部被记录在感光材料上，并以干涉条纹的形式表现出来。感光材料(全息干板或胶片)经过曝光、显影和定影后，即可得到一张菲涅耳全息图。 2.全息相片的再现过程: 将制作好的全息图放回原处，遮挡住物光( 则透过这张全息图的光强为: )并取走被摄物体，用原参考光照明， 上式中的第二项与原物光光波只相差一个系数R，这说明通过全息图的出射光包含原物光的全部信息。所以我们透过全息图可以看到在原来放置物体的地方有物体的虚像，就像物体没有被取走一样。如右图所示。物体的虚像具 有明显的视差效应，当人们通过全息图观察物体的虚像时， 就像通过一个“窗口”观察真实物体一样，具有强烈的三维 立体感。当人眼在全息图前面左右移动或上下移动时，我们 可以看到物体的不同部位。即使全息干板破损、变小，但原 17 物光的信息还保存在干涉条纹之中，所以我们通过参考光的 照射同样可以看到物体的虚像，只是大小发生了变化。 【实验内容】 (1)在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，调节扩束镜C1使物光均匀地照射在被摄物体上，调节物体的方位使物体漫反射光的最强部分均匀地照射在白屏上。调节扩束镜C2使参考光均匀地照射在整个白屏上。这时物光和参考光在白屏上完全重叠。 (2)完全挡住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，换上全息干板，并将药膜面(手感发涩)朝着光的方向安装在全息干板支架上。稳定1 ~ 2min后开始曝光，曝光60秒。 (3)将曝光后的全息干板在暗室内进行常规的显影、停显、定影、水洗、干燥等处理，即可得到一张漫反射的三维全息图。 (4)将冲洗好的全息图放回到干板支架上，拿去被摄物体，挡住物光，用原参考光照明全息图，在其后面观察重现的虚像。我们可以看到在原来放置被摄物体的地方有一虚像，人眼上下左右缓慢地移动，可以看到物体的各个部位。将全息图挡去一部分，观察虚像有何变化。 注意事项:曝光时注意不要碰台面;不要坐着进行实验，以免眼睛灼伤。 18 【原始数据】 【数据处理】 【实验数据分析】 【思考题】 1. 普通照相与全息照相的区别是什么, 答:普通的照相利用透镜成像原理，在感光胶片/器件上记录反映被摄物体表面光强变化的表面像，从照片中看到的拍摄物是平面的。 而全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同，因而全息照相不仅记录了被摄物体的反射光波强度(振幅)，还记录了反射光波的相位信息。用激光照射，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。 2. 为什么每一个碎片都能产生完整的像, 答:全息照相是由单色光(一般用激光)的衍射条纹组成的，每个面积上都记录有“全部信息”。 19