全息照相的基本技術

大學物理實驗全息照相的基本技術吉林建筑科技學院--物理實驗中心一.全息照相概述

全息照相原理早在1948年就由匈牙利物理學家伽伯(DennisGabor1900-1979)提出（伽伯因此于1971年榮獲諾貝爾物理學獎），由于缺少高相干度和高亮度光源，全息照相技術未得到進一步發展。到了60年代初期激光問世后，全息照相技術得到了迅速發展。目前已在精密計量、信息存儲和處理、遙感技術和生物學等方面有著廣泛的應用。伽伯(DennisGabor1900-1979)

全息照相與普通照相的區別全息照相普通照相原理物理光學原理

幾何光學原理記錄方法記錄的是物光的全部信息（光波的頻率、振幅和位相），即物光與參考光相干涉的干涉條紋，同時記錄了物光的光強和位相信息透鏡成像在焦面上，只記錄下物光的光強（振幅平方）信息成像性質立體像（三維）、可分性、多次記錄平面像（二維）再現方法用衍射方法再現物光波的全部信息。因而能看到物體的顏色、明暗、形狀和遠近直接成像在感光面，沖洗后即能看到像二、實驗目的1.了解全息照相的基本原理和主要特點。2.學習全息照相的拍攝技術和再現方法。三、實驗原理1．光波的信息任何物體表面發出的光波都可以看成是由其表面上各物點所發出元光波的總和。其表達式為全息照相不僅記錄被攝物表面光波的振幅信息，同時也記錄了位相信息，因而它具有立體感。2.全息照相原理相干性極好的He—Ne激光器發出的激光經分束鏡（N）后，分為強度比較適宜的兩束光：其中一束經反射，再經擴束后直接投射到照相底板上，這束光叫參考光（R）；另一束光經反射，又經擴束后均勻投射到物體表面上，經物體表面各點漫反射后照到底板上，這束光叫物光（O）。這兩束相干光光程近似相等，符合相干條件，故參考光和物光在底片上各處相遇時將發生干涉，底片記錄的即是各干涉條紋疊加后的圖像。全息照相采用干涉方法，以干涉條紋的形式記錄物光的全部信息。拍攝全息照片的基本光路圖關于強度：顯然參考光各處的強度是一樣的，但由于物體表面的反射率不同，所以物光的強度各處不同。因此，參考光和物光疊加干涉時形成的干涉條紋各處濃淡也就不同。拍攝全息照片的基本光路圖關于位相：全息底片上任一點（,），物光和參考光的光場分布為物光：參考光：這兩束相干光在底片上該點干涉疊加，其光強是它們合振幅的平方,即123第1項是物光在底片上造成的強度分布，它不均勻，但實驗上一般讓它比參考光波弱很多。第2項是參考光在底片上造成的強度分布，一般采用簡單的平面波或球面波作為參考光，該項近似為常數，即光斑均勻。第3項是物光和參考光的交叉項。它是物光與參考光的干涉圖樣，包含了振幅和相位的信息。全息照片用指數函數表示關于全息底片---記錄介質記錄介質一般使用全息干板，即在玻璃基板上涂敷鹵化銀乳膠，乳膠的顆粒很小，密度大，保證干板的高分辨率。全息干板的作用相當于--線性變換器。它將曝光期間的入射光強線性地變換為顯影后負片的振幅透過率。如圖：1.00.50ET振幅投射率（T）和曝光量(E)的關系曲線曝光后的干板經過顯影、定影處理后，就得到全息照片全息照片呈現出來的是干涉條紋，不是物體的像。3.全息照相的再現原理全息照相的再現原理將拍攝好的底片經顯影、定影、沖洗、晾干后，用一束擴大了的激光（稱為再現光），從特定方向射到全息片上，因底片上是若干組疏密不均勻的干涉條紋，每一組干涉紋好比一幅復雜的光柵，再現光經過它會產生衍射，根據光柵衍射條件:平行的再現光垂直投射到底片上，對于某一區域的干涉條紋來說衍射角為級時，衍射光是發散光在原物點處形成真像（虛像）；級時，衍射光是會聚光，會聚點在原物點對稱的位置上，形成贗像（實像）。4.全息照相的特點1）具有完全逼真的三維立體像，它與觀察實物一樣，具有顯著的視差特性。2）具有可分割性，即它一旦被弄碎（或被掩蓋，或玷污了一部分），任一碎片仍可再現原物完整的像。3）全息照片所再現的被攝物像的亮度可調。入射光越強，再現物的像就越亮。4）再現像可放大或縮小。用不同波長的激光照射全息照片，再現的像就會放大或縮小。5）同一張全息感光板可進行多次重復曝光記錄。每次曝光前稍微改變底板方位（如轉動一個小角度，或改變參考光的入射方向，或改變物體在空間的位置等），就可在同一底板上重疊記錄并能互不干擾地再現各個不同的圖像。若物體在外力作用下產生微小的位移或形變，并在變化前后重復曝光，則再現時物光波將形成反映物體形態變化特征的干涉條紋。這就是全息干涉計量的基礎。四、實驗儀器五、實驗內容1.合理布置儀器，調節光路（需要舉手示意教師檢查）等高光程夾角擴束(光強)距離2.做好拍攝準備打開曝光定時器，設置好曝光時間（10s）,鎖定全息臺上所有元件，關實驗室門，關閉實驗室燈光。3.拍攝上好底片干板，啟動曝光定時器，完成全息圖的記錄過程。**********注意穩定，不能有干擾振動

**********4.進暗室沖洗你所拍攝的底片，自然晾干后再現觀察你的作品顯影時間約為15s(觀察底片已呈現黑灰色即可);用夾子取出底片后水沖洗，然后進行定影，時間為2min;夾出底片后，在水龍頭自來水下沖洗，自然晾干；晾干的底片夾雜底片架上，用參考光觀察，能否看到三維物體的像。六、思考題