試驗四十全息成像試驗

1、實驗全息照相普通攝影是利用照相機將物體發(fā)出(或反射)的光波記錄在感光材料上，由于它只記錄 了物體光波的強度因子(振幅信息)，而失去了反映物體景深的位相因子(空間信息)，因而普通照片看上去是平面的，失去了原有物體的立體感，所以普通照片不能完全反映被攝物體 的真實面貌。為了得到物體的真實像，我們必須同時記錄物體光波的全部信息一一振幅和位相。全息 攝影就是利用光的干預(yù)和衍射原理，弓I進與物體光波相干的參考光波，用干預(yù)條紋的形式記 錄下物體光波的全部信息。即利用干預(yù)原理把物體上每一點的振幅和位相信息轉(zhuǎn)換為強度的 函數(shù)，以干預(yù)圖樣的形式記錄在感光材料上。經(jīng)過顯影和定影處理，干預(yù)圖樣就固定在全息 干板(膠

2、片)上了，這就是我們通常所說的三維全息照片。通過光的衍射即可再現(xiàn)物體的三維 立體像。【實驗?zāi)康摹?1) 了解全息攝影的根本原理、實驗裝置以及實驗方法。(2) 掌握激光全息攝影和激光再現(xiàn)的實驗技術(shù)。(3) 通過觀察全息圖像的再現(xiàn)，弄清全息照片和普通照片的本質(zhì)區(qū)別?！緦嶒炘怼课矬w發(fā)出的光包含光的振幅和光的位相兩大局部信息，即：O(x,y) =0(x, y)exp艸(x,y)(40-1)其中：O(x,y)為振幅，exp j ：(x, y).為位相。普通攝影只能記錄物體光波的振幅信息，而 位相信息expj (x, y)全部喪失，因此照片沒有立體感。數(shù)學表達式為：I = O(x, y) expj &#

3、169;(x, y)2 =O2(40-2)實際上沒有任何一種感光材料可以直接記錄光波的位相，在全息攝影中我們利用光的干 涉原理來記錄光波的振幅和位相信息。如圖40-1所示，激光器L發(fā)出的激光由分束鏡 BS將光線一分為二，透射光線經(jīng)反射鏡M2反射再經(jīng)過擴束后照射在被攝物體上，這束光線稱為物光(O光);反射光線經(jīng)反射鏡 M!反射再經(jīng)過擴束后直接照射在感光材料上，因而稱為參考光(R光)；兩束光線在 P處相干并形成干預(yù)條紋，這些條紋記錄了物光的所有振幅和位相信 息。數(shù)學表達式為:物光為：O(x,y)=O(x,y)exp_j (x,y)參考光為：R(x,y) =R(x,y)exp_j- (x,y)兩光相

4、干后總光強為：I 二 O(x, y) R(x, y)222二 O(x, y)R(x, y) O(x,y)R*(x, y) O*(x,y)R(x, y)(40-3)22= O(x, y)R(x, y) 2R(x, y)O(x, y) cos【-(x, y) - (x, y)式40-3說明全息圖中包念著物光的振幅和位相信息，它們?nèi)勘挥涗浽诟泄獠牧仙?并以干預(yù)條紋的形式表現(xiàn)出來。感光材料全息干板或膠片經(jīng)過曝光、顯影和定影后，即 可得到一張菲涅耳全息圖。將制作好的全息圖放回原處，遮擋住物光O光并取走被攝物體，用原參考光照明，那么透過這張全息圖的光強為：2It =IR(x,y)exp-廠(x,y) =

5、O(x,y) R(x,y) R(x, y)exp - j- (x, y)二RO R exp-j'- (x, y) R 0(x, y)exp-j (x, y)(40-4)R exp-2f (x,y)O(x, y)expj (x, y)式40-4中的第二項與 原物光光波只相差一個系數(shù) R,這說明通過全息圖的出射 光包含原物光的全部信息。所 以我們透過全息圖可以看到在 原來放置物體的地方有物體的 虛像，就像物體沒有被取走一 樣。如圖40-2所示。物體的虛 像具有明顯的視差效應(yīng)，當人 們通過全息圖觀察物體的虛像 時，就像通過一個“窗口觀 察真實物體一樣，具有強烈的 三維立體感。當人眼在全息圖

6、前面左右移動或上下移動時， 我們可以看到物體的不同部 位。即使全息干板破損、變小， 但原物光的信息還保存在干預(yù) 條紋之中，所以我們通過參考 光的照射同樣可以看到物體的虛像,圖40-2全息照相再現(xiàn)光路圖只是大小發(fā)生了變化。虛像是由全息圖的-1級衍射光所形成的。另外還有直接透射光0級光，我們可以在直接透射光的對面用毛玻璃屏觀看物體的實像，而且遠離全息圖也可觀察到。全息圖的1級 衍射光形成被攝物的實像，如圖40-2所示。觀察實像還可用參考光 R的共軛光R照射全息圖,這時我們看到的實像是“懸浮在干板之外，如圖40-3所示?！緦嶒瀮x器】Laser：氦氖激光器，Mi和M?:全反鏡，BS: 分束鏡，C:擴束

7、鏡，P:全息干板及支架，0:被攝物體，K:光開關(guān)。另外準備直尺、鋼卷尺 用來調(diào)整光路以及光強測量儀，曝光定時器，暗房設(shè)備等備用?！緦嶒瀮?nèi)容】1按圖40-1布置好光路在某些特殊情 況下由實驗室給出。2翻開激光器電源開關(guān)，點燃激光，當光 線強度穩(wěn)定后開始調(diào)整光路：調(diào)整光束等高； 用自準直法調(diào)整各光學元件，使其外表與激光束垂直。同時使兩光束之間的夾角小于503調(diào)整分束鏡BS使物光和參考光的光程根本相等,一般可在20 50之間選擇，角度稍大些為好，這樣再現(xiàn)時+1級衍射光和0級光以及-1級 衍射光可以分得開些，便于觀察虛像，并且使物光和參考光的光強之比在1: 2 1 : 9之間，通常根據(jù)物體外表漫反射的

8、情況來定，一般選擇1 : 4左右為宜。可用光強測量儀在固定全息干板的位置處測量，也可用毛玻璃放在這一位置，通過目測來大致判斷物光與參考光的 比例。4 在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，調(diào)節(jié)擴束鏡C1使物光均勻地照射在被攝物體上，調(diào)節(jié)物體的方位使物體漫反射光的最強局部均勻地照射在白屏上。調(diào)節(jié)擴束鏡C2使參考光均勻地照射在整個白屏上。這時物光和參考光在白屏上完全重疊。5 完全擋住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，換上全息干板，并將藥膜面手感發(fā)澀朝著光的方向安裝在全息干板支架上。穩(wěn)定1 2min后開始曝光，曝光時間可根據(jù)物光和參考光的強度選擇適宜的曝光時間幾秒到幾十秒。6將曝光后的全息干板在暗室內(nèi)進行常規(guī)的顯影、停顯、定影、水洗、枯燥等處理， 即可得到一張漫反射的三維全息圖。7 將沖洗好的全息圖放回到干板支架上，拿去被攝物體，擋住物光，用原參考光照明 全息圖，在其后面觀察重現(xiàn)的虛像。我們可以看到在原來放置被攝物體的地方有一虛像，人眼上下左右緩慢地移動，可以看到物體的各個部位。將全息圖擋去一局部，觀察虛像有何變 化。【思考題】1全息攝影與普通攝影有何區(qū)別？2全息攝影為何要將激光