全息照相实验报告

全息照相实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 篇一:全息照相实验报告(完全版) 实验5.5 全息照相 实验分析: 在这次光学实验中，拍出来的全息照片图像模糊，而且曝光范围小，基本算失败，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，实验失败原因可能有: 1. 在曝光过程中有振动或位移，由于全息图上所 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 的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。 2. 没有更好的调整好参考光和物光的光程差。参考光和物光的光程差不能太大也不能太小, 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。 3. 没有更好的调整好参考光和物光的夹角。假设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关系为, 而干板分辨率η 与d 1 的关系为。可以看出, θ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对全息图再现像时的观察窗(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。 4. 光路中使用过多反光镜导致光强过小，从而影响干涉效果。 5. 曝光时间没有控制得很好，曝光时间太长, 导致干板太黑, 光线的透过率降低。 ??6. 在用清水清洗干版时水温没有严格控制在30C-32C，影响 实验结果。 7. 在显影定影时，冲洗时间不够，导致成像范围过小，成像不清晰。 实验结论: 实验中获得清晰的再现像的关键是要选用具有良好的相干性和稳定性的激光作为光源。光路的调整更是至关重要的。一个好的光路，既要使物光和参考光能够发生干涉，还要保证干涉条纹间隔清晰，反差合适。所以要首先调整好物光和参考光的光程，以保证干涉能够发生，然后再调整物光与参考光束之间的夹角及物光和参考光的光强比，保证全息 2 照片的清晰度和反差。另外，在曝光时系统要稳定。 篇二:激光全息照相实验报告 实验32 激光全息照相 物理科学与工程技术学院光信息科学与技术 学号10329051 陈海域 与材料物理 陈嘉平 合作完成 实验时间:2012/4/12 2012/4/19 地点:基础物理实验室激光全息照相实验室1号桌 【实验目的】 1(学习全息照相的基本原理和方法 2(了解全息照相的主要特点 3(学习观察全息照片的方法 【实验仪器】 全息照相的整套装置(PHYWE)，如图1所示: 【全息照相的特点】 全息照相与普通照相无论在原理上还是方法上都有本质上的差别。普通照相是以几何光学的折射定律为基础，利用透镜把物体成像在平面上，记录各点的光强或振幅分布，物象之间各点一一对应，但却是二维平面像上的点与三维物体各点之间的对应，因此并不完全逼真，即使一般所谓的“立体照相”也多是利用双目视差的错觉，而不是物体的真正三维图像。而全息照相是以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，借助于参考光波记录物光波的振幅与位相的全部信 3 息，在记录介质(如感光干版)上得到的不是物体的像，而只有在高倍显微镜下才能观察得到的细密干涉条纹，称之为全息图。(在感光版上看见的同心环，斑纹之类不是原来物体的真正信号，而是由给出参考光的发射镜上的灰尘微粒及其它散射物引起的。)条纹的明暗程度和图样反映了物光波的振幅与位相分布，好像是一个复杂的衍射光栅，只有经过适当的再照明才能重 与普通照片相比，全息照片还具有如下几个特点: 1)全息照片在适当的照明下重建物光波与原来的物光波具有相同的深度和视差。改变观察的位置，就可以看到景物被遮拦的物体，观察近距离的物体，眼睛必须重新调焦。 2)把全息照片分成小块，其中每一小块都可以再现整个图像。因为照片上每一点都受到参考光和被摄物体所有部分的光的作用，所以这些点就用编码的形式包含了整个图像的信息。但是当小块逐渐减小时，分辨率逐渐变差。这是因为分辨率是成像系统孔径的函数。 3)全息照片可以用接触法复制，但无正负片之分，不论是原来的还是复制的都再现被摄物体的正像。而且无论照明乳剂的反差特性如何，再现影像的反差同原物体的反差都非常接近。 4)全息照片绕垂直轴线转1 80，引起一个倒转的像，让全息照片绕一水平轴线旋转180，也产生一个倒转，也产生 4 一个倒转的像，但让全息照片绕一个垂直与全息图平面的轴线转 180，则不引起像的倒转。 5)最后一个特点是在同一张底片上用连续曝光方法可以重叠几个影像，而每一张影像又不受其它影像的干扰而单独显现。 【实验原理】 全息照相是一种采用相干光源的两步光学成像过程。第一步是在记录介质上记录由参考光和物光形成的复杂的干涉图样——全息图，第二步是在适当的照明下从全息图再现出物体通常的图像，所以全息照相的基本理论，实质上就是一种较为广义的双光束干涉场的计算。 由激光器发出的相干光经分束器之后，一束照明物体成为景物光，另一束为参考光。两光束成一定的夹角入射到记录介质上，相互干涉而记录下全息图。由于记录介质只能记录振幅，可见物波的位相记录也是利用干涉的原理转换成相应的振幅关系加以记录的。 为简单起见，我们从点光源发出的球面波相干涉着手来讨论全息图的一些基本特点。因为广延光源和被照明的物体可以看作点源的集合，平面波可看成点源在无穷远发出的球面波。所以讨论具有一般性。 1(全息照相记录的信号 如图2所示， (x1 ，y1，z1=-d)为物点所在的物平面，(x1′， 5 y1′，z1′=0)为记录介质所在的像平面，P (x1 ，y1，z1=-d)为物点，R (xr，yr，zr)在任意平面( xr，yr，zr),上，R点源与平面(x`2 ,y`2,0)的距离为Zr。Q(x`2 ,y`2,0)为记录介质平面上任一点。若物光与参考光是相干的，则记录介质上的光强分布为 I= a02+r02+r*a+ra*(1) 其中,a=a0exp(iφa)为物点源到达全息图平面的光波的复振幅，r=r0exp(iφr)为全息图上参考波 的复振幅。 由于做全息照相时，总是尽量使参考光和物光独立在记录介质上的照度均匀，所以在全息图上 a02和 r02变化比较缓慢。所以这里主要注意相干项 r*a+ra*=2a0r0cos(φr-φa) (2) 其中 ?a? ?r? 2? 2? ?1 2? (PQ?PO) (3) (PQ?RO) 6 ?1 (4) 2? ?r??a? ?1 (RQ?PQ)? ?1 ?l (5) 其中?l?(RQ?PQ)为光波从P进行到Q和由R进行到Q 的光程差。由图可见，当P点和Q点离z轴不太远，而且 z1很大时， ?a可以由1/ z一级近似求得 1 ?a? ?2??1 ?2?y2?2?2x2?x1?2y2?y1??x2?? ?1?2Z1?(6) 同理 ?r? ?2??122 ????x?y?2xx?2yy??222r2r? 7 ?1??2Zr?(7) 可见干涉项产生的是明暗以(?r??a)为变量按余弦规律变化的干涉条纹并被记录介质记录下来。由于这些干涉条纹在记录介质上各点的强度决定于物光波(以及参考光波)在各点的 振幅与位相，因此记录介质上就保留了物光波的振幅和位相的信息。 2(波前重建 常用于记录全息图的介质是照相干版或胶片，假定记录全息图的干版经曝光、冲洗以 后，把曝光时的入射光强线形变换为显影振幅的透射率，并假定曝光量的变化范围限于该种干版的t-E曲线的线形区内，则干版的透射率为 t=t0-KI 即 t(x,y)=t0-K(a02+r02+r*a+ra*) (8) 式中，t0为未曝光部分的透射率，K为比例系数。对同一干版，t0和 K 都可认为是常数。I1=a02，I2=r02分别为入射到干版的物光强和参考光强，它们在全息图面上接近均匀。因此对于点源的全息图，只有透过率与r*a+ra*成正比的空间变化干涉项，在照明后能产生衍射。 假设在全息图形成后和再现前有可能把它放大或缩小，为 8 此把全息图平面坐标再标记为x2=mx’2,y2=my’2,式中m 为线放大率。假设再现波长λ2不必和形成波长λ1相同，它们的比值由μ,λ2/λ1给出。再现波或照明波由一点光源C(xc,yc,zc)发出，如图 3 所示。则全息图平面的衍射波复振幅 C与上述透射率的乘积为 Cr*a?Cra*?C0a0r0??exp?i?v??exp?i?R???(9) 其中C?C0exp?i?c?(10) ?v??c??a??r??v?xv,yv,zv? (11) ?R??c??r??a??R?xR,yR,zR?(12) 为使全息图能产生点源物体P的像，全息图上的再现波的位相?v和?R必须和球面波相当，在全息图上球面波位相分布的一级近似值可按式(6)写成 ??x2,y2?? ?2??122x?y?2xx?2yy??223223?? (13) ?2?2z3? 其中z3为全息图到像平面的距离，x3和y3代 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 像平面上像点 P 的坐标。我们必须使φV和 φR与φ有相同的形式。如果做到这一点，那么在一级近似下影像波是会聚的平面波还是发散波将按φV和φR的正负号而定。这就是点源的完全一级近似成像的情况。可是φ、φV和φR的展开式中略去了代表像差的高次项，因此，将与实际情况略有不同。 9 一般来说，全息图的再现波所成的物象比较复杂，像的位置、大小、和虚、实将会生变化，而且还可能存在畸变等现象。详细的讨论可参考有关资料。 但是，若再现波和原参考光波完全一样时，式(9)变为 rr*a?rra*?a0r02exp?i?a??a0r02exp?i(2?r??a)?(14) 显然，式(14)右边第一项是按一定的比例重建的物光波，它离开全息片以后按照惠更斯――菲涅耳原理继续传播时，其行为与原物在原来位置发出的光波相同(仅仅是振幅按一定的比例改变，位相改变180?)，因此在全息片后面的观察者对着这个衍射而产生的另一个一级衍射波，称为孪生波。在一定的条件下，它是一束会聚光，形成一个有畸变的，并且在观察者看来物体的前后关系与实物相反的实像。 如果用参考光波 r和共轭光波 r*(所谓共轭光波是传播方向和原来光波完全相反的光波，是会聚于点源 R (xr , yr, zr )的球面波)照射全息片，此时透过全息片的光波，干涉项 可仿照式(1)写成 r*a?ra*?a0r02exp?i(?a?2?r)??a0r02exp??i?a?(15) 式中等号右边第二项与原来物光波 a 的共轭光波 a*成正比，由于 a*是会聚于原来物点所在位置的光束，因此这一项所代表的衍射光束在原来物体所在的位置形成一个无畸变的实象，如图 4(b)所示，从图(b)可以看到，观察者好像是跑到原来物体的背后去观察，而且能透过原来处于 10 后面的部分看到前面的部分。 在上面的讨论中，利用公式(8)分析透过全息片的衍射光束时，实际上是把全息片二维的衍射光栅来处理，再照光经衍射后，除了直接透过的零级光束外，同时存在正、负一级衍射光束。由于感光板上的乳胶有一定的厚度，而且是透明的，故其内部也存在物光波与参考光波的相互干涉，干涉条纹也被记录下来，经过处理后得到的三维全息图，相当于三维衍射光栅。三维光栅的衍射受到布拉格条件的限制，只有物光束和参考光束的夹角较小时才能同时出现正、负一级衍射。当物光束和参考光束的夹角较大时，(如接近 180?时)和 x 射线在晶格中的衍射一样，三维光栅对光的衍射也具有波长的选择性，因此可以用单色相干光制作全息片，用普通的白光照射它实现波前重建。这一重建过程是三维光栅衍射的结果，从效果上看，好像是从全息片的反射光束中得到的，因此称为反射全息，又因为波前的重建利用了白光，所以又称为白光重现全息照相。 反射式全息片的制作法是让物光束和参考光束分别从照相底版的两面进入乳胶层，如图(a)所示(图中用直接透过底版的参考光作为物体的照明光)，两束光的干涉极大值在显影后形成基面波的相互干涉来估计这些银层的间距。图 6中α和γ分别代表参考光束和物光束的传播方向，它们的夹角为2θ并假设都是平面波。显然，两组波阵面的夹角也是2θ， 11 每一组波阵面中相邻两波阵面之间的距离为λ，图中竖直线代表干涉极大所在的平面，它们的间隔为d，这些平面是物光束与参考光束的分角面，从图上画粗线的三角形可得 2dsin???(16) 用上式计算d 的大小时，θ和λ应取乳胶介质中的数值。由式(4—16)可得 d??/2sin?(17) 通常物光束和参考光束之间的夹角接近于 180?，从而 d = λ/2 ，若采用 篇三:全息照相实验实验报告 物理与光电工程学院 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 12 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? 13 i?1 n 2?ri ?i ) (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 14 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 15 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 16 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) 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) 17 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。 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。 18