1、全息照相高校物理試驗總結-總結 篇一：物理試驗-全息照相-試驗報告 物 理 實 驗 報 告 班 級_信工C班_組 別_D_ 姓 名_李鈴_學 號_1111000048_ 日 期_2021.3.6_指導老師_張波_ 【試驗題目】_全息照相 【試驗目的】 1.了解全息攝影的基本原理、試驗裝置以及試驗方法； 2.把握激光全息攝影和激光再現的試驗技術； 3.通過觀看全息圖像的再現，弄清全息照片和一般照片的本質區分 【試驗儀器】 防震全息臺，氦氖激光器，擴束透鏡，分束棱鏡（或分束板），反射鏡，毛玻璃屏，調整支架，米尺，計時器，照相沖洗設備等。 【試驗原理】 全息攝影采納激光作為照明光源，并將光源發出的光

2、分為兩束，一束挺直射向感光片，另一束經被攝物的反射后再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關系而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度，也記錄了位信任息。人眼挺直去看這種感光的底片，只能看到像指紋一樣的干涉條紋，但假如用激光去照耀它，人眼透過底片就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像。 全息圖種類許多，有菲涅耳圖、夫瑯和費圖、傅立葉變換全息圖、彩虹全息圖、像全息圖、體積全息圖等。不管哪種全息圖都要分成兩步來完成，即用干涉法記錄光波全息圖，稱波前記錄；用衍射原理使原光波波前再現，稱波前再現。 1.全息照相的過程 物體發出的包含振幅

3、和位信任息的光可以用下式表示： 其中： 信息，而位信任息 為振幅， 為位相。一般攝影只能記錄物體光波的振幅全部丟失，因此照片沒有立體感。數學表達式為： 事實上沒有任何一種感光材料可以挺直記錄光波的位相，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信任息。如右圖 所示，激光器L發出的激光由分束鏡BS將光線一 分為二，透射光線經反射鏡M2反射再經過擴束后 照耀在被攝物體上，這束光線稱為物光(O光)；反 射光線經反射鏡M1反射再經過擴束后挺直照耀在 感光材料上，因而稱為參考光(R光)；兩束光線在 P處相干并形成干涉條紋，這些條紋記錄了物光的 全部振幅和位信任息。數學表達式如下： 物光為： 參

4、考光為： 兩光相干后總光強為： 兩光相干后總光強的表達式說明全息圖中包念著物光的振幅和位信任息，它們全部被記錄在感光材料上，并以干涉條紋的形式表現出來。感光材料（全息干板或膠片）經過曝光、顯影和定影后，即可得到一張菲涅耳全息圖。 2.全息相片的再現過程： 將制作好的全息圖放回原處，遮攔住物光( 則透過這張全息圖的光強為： )并取走被攝物體，用原參考光照明， 上式中的其次項與原物光光波只相差一個系數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。如右圖所示。物體的虛像具 有明顯的視差效應，當人們通過全息圖觀看物

5、體的虛像時， 就像通過一個“窗口”觀看真實物體一樣，具有劇烈的三維 立體感。當人眼在全息圖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涉條紋之中，所以我們通過參考光的 照耀同樣可以看到物體的虛像，只是大小發生了改變。 【試驗內容】 （1）在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，調整擴束鏡C1使物光勻稱地照耀在被攝物體上，調整物體的方位使物體漫反射光的最強部分勻稱地照耀在白屏上。調整擴束鏡C2使參考光勻稱地照耀在整個白屏上。這時物光和參考光在白屏上完全重疊。 （2）完全攔住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，換上全息干板，并將藥膜面（手感發澀）

6、朝著光的方向安裝在全息干板支架上。穩定1 2min后開頭曝光，曝光60秒。 （3）將曝光后的全息干板在暗室內進行常規的顯影、停顯、定影、水洗、干燥等處理，即可得到一張漫反射的三維全息圖。 （4）將沖洗好的全息圖放回到干板支架上，拿去被攝物體，攔住物光，用原參考光照明全息圖，在其后面觀看重現的虛像。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。將全息圖擋去一部分，觀看虛像有何改變。 留意事項：曝光時留意不要碰臺面；不要坐著進行試驗，以免眼睛灼傷。 【原始數據】 【數據處理】 【試驗數據分析】 【思索題】 1. 一般照相與全息照相的區分是什么？ 答：

7、一般的照相利用透鏡成像原理，在感光膠片/器件上記錄反映被攝物體表面光強改變的表面像，從照片中看到的拍攝物是平面的。 而全息攝影采納激光作為照明光源，并將光源發出的光分為兩束，一束挺直射向感光片，另一束經被攝物的反射后再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關系而不同，因而全息照相不僅記錄了被攝物體的反射光波強度(振幅)，還記錄了反射光波的相位信息。用激光照耀，人眼透過底片就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像。 2. 為什么每一個碎片都能產生完整的像？ 答：全息照相是由單色光（一般用激光）的衍射條紋組成的，每個面積上都記錄有“全部信息”

8、。 篇二：全息照相試驗報告 全息照相試驗報告 程子豪 2021035012 少年班01 一、試驗目的： 1 了解全息照相記錄和再現的基本原理和主要特點； 2 學習全息照相的操作技術； 3 觀看和分析全息圖的成像特性。 二、試驗原理： 2.1全息照相原理的文字表述： 一般照相底片上所記錄的圖像只反映了物體上各點發光（輻射光或反射光）的強弱改變，顯示的只是物體的二維平面像，丟失了物體的三維特征。全息照相則不同，它是借助于相干的參考光束和物光束相互干涉來記錄物光振幅和相位的全部信息。這樣的照相把物光束的振幅和相位兩種信息全部記錄下來，因而稱為全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D.

9、 Gabor）發覺，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的時間相干性和空間相干性），在激光消失以前，對全息技術的討論進展緩慢，在60年月激光消失以后，全息技術得到了快速的進展。目前，全息技術在干涉計量、信息存儲、光學濾波以及光學模擬計算等方面得到了越來越廣泛的應用。伽伯也因此而獲得了1971年度的諾貝爾物理學獎。 全息照相在記錄物光的相位和強度分布時，利用了光的干涉。從光的干涉原理可知：當兩束相干光波相遇，發生干涉疊加時，其合強度不僅依靠于每一束光各自的強度，同時也依靠于這兩束光波之間的相位差。在全息照相中就是引進了一束與物光相干的參考光，使這兩束光在感光底片處發生干涉疊加，感光底片將

10、與物光有關的振幅和位相分別以干涉條紋的反差和條紋的間隔形式記錄下來，經過適當的處理，便得到一張全息照片。 具體來說，全息照相包括以下兩個過程： 1、波前的全息記錄 利用干涉的方法記錄物體散射的光波在某一個波前平面上的復振幅分布，這就是波前的全息記錄。通過干涉方法能夠把物體光波在某波前的位相分布轉換成光強分布，從而被照相底片記錄下來，由于我們知道，兩個干涉光波的振幅比和位相差決定著干涉條紋的強度分布，所以在干涉條紋中就包含了物光波的振幅和位信任息。典型的全息記錄過程是這樣的：從激光器發出的相干光波被分束鏡分成兩束，一束經反射、擴束后照在被攝物體上，經物體的反射或透射的光再射到感光底片上，這束光稱

11、為物光波；另一束經反射、擴束后挺直照耀在感光底片上，這束光稱為參考光波。由于這兩束光是相干的，所以在感光底片上就形成并記錄了明暗相間的干涉條紋。干涉條紋的樣子和疏密反映了物光的位相分布的狀況，而條紋明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上將物光的信息都記錄下來了，經過顯影、定影處理后，便形成與光柵相像結構的全息圖全息照片。所以全息圖不是別的，正是參考光波和物光波干涉圖樣的記錄。明顯，全息照片本身和原來物體沒有任何相像之處。 2、衍射再現 物光波前的再現利用了光波的衍射。用一束參考光（在大多數狀況下是與記錄全息圖時用的參考光波完全相同）照耀在全息圖上，就似乎在一塊簡單光柵上發生衍射，在衍射光波中將

12、包含有原來的物光波，因此當觀看者迎著物光波方向觀看時，便可看到物體的再現像。這是一個虛像，它具有原始物體的一切特征。此外還有一個實像，稱為共軛像。應當指出，共軛波所形成的實像的三維結構與原物并不完全相像。 2.2雙曝光全息技術用于微小位移（形變）的測量： 圖一 雙曝光法光路圖 （上述文字節選自利用雙曝光全息干涉場測物體微小位移的論文） 2.3、像面全息的試驗原理： 將物體靠近全息記錄介質，或利用成像系統將物體成像在記錄介質附近，再引入一束與之相干的參考光束，即可制作像全息圖。當物體緊貼記錄介質或物體的像跨立在記錄介質表面上時，得到的全息圖稱為像面全息圖。因此，像面全息圖是像全息圖的一種特例。

13、像面全息圖的特點是可以用寬光源和白光再現。對于一般的全息圖，當用點光源再現時，物上的一個點的再現像仍是一個像點。若照明光源的線度增大，像的線度也隨之增大，從而 產生線模糊。計算表明，記錄時物體愈靠近全息圖平面，對再現光源的線度要求就愈低。 當物體或物體的像位于全息圖平面上時。再現光源的線度將不受限制。這就是像面全息圖可以 用寬光源再現的緣由。全息圖可以看成是許多基元全息圖的疊加，具有光柵結構。當用白光照明時，再現光的方向因波長而異，故再現像點的位置也隨波長而改變，其改變量取決于物體到全息圖平面的距離?？梢姡鞑ㄩL的再現像將相互錯開又交疊在一起，從而使像變得模糊不清，產生色模糊。當全息干板處于離

14、焦位置(即不在成像面上)時，再現像的清楚度將下降。離焦量越大，再現像就越模糊不清。然而，像面全息圖的特征，是物體或物體的像位于全息圖平面上，因而再現像也位于全息圖平面上。此時，即使再現照明光的方向轉變，像的位置也不發生改變，只是看起來顏色有所改變罷了。這就是像面全息圖可以用白光照明再現的緣由所在。 2.4、試驗基本條件： 1、一個好的相干光源。全息原理在1948年就已提出，但由于沒有合適的光源而難以實現。激光的消失為全息照相供應了一個抱負的光源，這是由于激光具有很好的空間相干性和時間相干性。，應盡可能使兩光束的光程接近，以使光程差在激光的相干長度內。 2、一個穩定性較好的防震臺。由于全息底片上

15、所記錄的干涉條紋很細，相 當于波長量級，在照相過程中微小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，不能形成全息圖，因此要求整個光學系統的穩定性良好。從布拉格法則可知：條紋寬度d?2sin?2?，由此 公式可以估量一下條紋的寬度。當物光與參考光之間的夾角?60?時，?632.8nm， ?m?？梢?，在記錄時條紋或底片移動1 ?m，將不能勝利地得到全息圖。因則d?0.6328 此在記錄過程中，光路中各個光學元件（包括光源和被攝物體）都必需牢牢固定在防震臺上。從公式可知，當?角減小時，d增加，抗干擾性增加。但考慮到再現時使衍射光和零級衍射 00光能分得開一些，?角要大于30，一般取45左右。還有適當縮短曝光時間，

16、保持環境安 靜都是有利于記錄的。 3、高辨別率的感光底片。一般感光底片由于銀化合物的顆粒較粗，每毫米只能記錄幾十至幾百條，不能用來記錄全息照相的細密干涉條紋，必需采納高辨別率的感光底片 要獲得最終的全息圖，充分了解和學習感光底片的顯影、定影、沖洗等有關攝影的暗室技術學問也是不行缺少的。 三、試驗步驟： 3.1、同軸全息照相試驗： 1、調整防震臺，調整各光學元件的中心等高，使激光光束大致與試驗臺平行。 2 打開He-Ne激光器，擺好光路，使光路系統滿足下列要求： （1）物光和參考光的光程大致相等； （2）經擴束鏡擴展后的參考光應勻稱照在整個底片上，被攝物體各部分也應得到較勻稱照明。 （3）使兩光

17、束在底片處重疊時之間的夾角范圍為15到45度為宜。 （4）在底片處物光和參考光的光強比在合適的范圍之內。 3 關上照明燈（可開暗綠燈），確定曝光時間，調好定時曝光器。可以先練習一下快門的用法。 4 關閉快門攔住激光，將底片從暗室中取出裝在底片架上，應留意使乳膠面對著光的入射方向。靜置后進行曝光。曝光過程中肯定不準觸及防震臺，并保持室內寧靜。 5 顯影及定影。顯影液與定影液由試驗室供應。顯影定影溫度以20攝氏度最為適合。顯影時間0.5到1分鐘，定影時間35分鐘。定影后的底片應放在清水中沖洗510分鐘，晾干。 圖2 3.2、雙曝光全息術測微小位移： 過程與3.1類似，只是將物體替換為小鐵片，將它處

18、于豎直位置及加應力之后偏離豎直位置時的全息圖都記錄在一塊底版上，觀看干涉條紋以獵取數據。 3.3、像面全息圖（白光再現）： 1選擇元件：依據光路圖選擇合適的光學元件及鏡架。 2調整光路：選擇其中一條光路根據光路圖拼搭和調整光路。通過移動反射鏡調整參 考光的光程，使參考光與物光的光程差接近于零。物光與參考光的夾角不要太大，一般在15到45度之間。全息干板應位于物體的共軛面(即成像面)上。物體像的大小可通過調整物體和全息干板的位置來掌握。最好將物體置于兩倍焦距處，使之1:1成像。以防止像的失真。 3調整光束比:依據物體的反射性能，通過調整分束鏡，使參考光與物光的光束比為處于一個合適的范圍。 4曝光

19、記錄：在暗室中穩定后進行曝光。顯影時間0.5到1分鐘，定影時間35分鐘。定影后的底片應放在清水中沖洗510分鐘，即得到汲取型像面全息圖。 5漂白處理：為了提高衍射效率，用漂白液進行漂白處理，把黑色部分消退后再稍做浸泡，水洗數分鐘后晾干，即得到相位型像面全息圖。 圖3 四、試驗記錄與數據分析： 4.1 數據記錄 表一 D-19顯影液配方 注：溶解后加水至1000ml。 注：溶解后加水至1000ml。 篇三：全息照相試驗試驗報告 物理與光電工程學院 光電信息技術試驗報告 姓名：張皓景 學號：20211359069 班級：光信息科學與技術專業2021級2班試驗名稱：全息照相試驗 任課老師：裴世鑫 一

20、、 試驗目的 1了解光學全息照相的基本原理及其主要特點。 2學習全息照相的拍攝方法和試驗技術。 3了解全息照相再現物像的性質、觀看方法。 二、 試驗儀器 三、 試驗裝置示意圖 45底片 圖1 全息照相光路 四、 試驗原理 全息照相是一種二步成像的照相技術。第一步采納相干光照明，利用干涉原理，把物體 在感光材料（全息干版）處的光波波前紀錄下來，稱為全息圖。其次步利用衍射原理，按肯定條件用光照耀全息圖，原先被紀錄的物體光波的波前，就會重新激活出來在全息圖后連續傳播，就像原物仍在原位發出的一樣。需要留意的是我們看到的“物”并不是實際物體，而是與原物完全相同的一個三維像。 1全息照相的紀錄光的干涉 由

21、光的波動理論知道，光波是電磁波。一列單色波可表示為： x?Acos(?t? 2?r ? ) （1） 式中，A 為振幅， 為圓頻率， 為波長， 為波源的初相位。 一個實際物體放射或反射的光波比較簡單，但是一般可以看成是由很多不同頻率的單色光波的疊加： x?Acos(?it?i? i?1 n 2?ri ?i ) （2） 因此，任何肯定頻率的光波都包含著振幅（A）和位相（t+-2r/）兩大信息。 全息照相的一種試驗裝置的光路如圖（1）所示。激光器射出的激光束通過分光板分成兩束，一束經透鏡擴束后照耀到被攝物體上，再經物體表面反射(或透射)后照耀到感光底片(全息干版)上，這部分光叫物光。另一束經反射鏡轉

22、變光路，再由透鏡擴大后挺直投射到全息干版上，這部分光稱為參考光。由于激光是相干光，物光和參考光在全息底片上疊加，形成干涉條紋。由于從被攝物體上各點反射出來的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各處的干涉條紋也不相同。強度不同使條紋明暗程度不同，相位不同使條紋的密度、樣子不同。因此，被攝物體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條紋形式記錄下來，經顯影、定影等處理后，就得到一張全息照片。這種全息照片和一般照片迥然不同，一般在全息照片上只有通過高倍顯微鏡才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉條紋。由于干涉條紋密度很高，所以要求記錄介質有較高的辨別率，通常達1000 條線毫米

23、以上，故不能用一般照相底片拍攝全息圖。 2全息照相的再現光的衍射 由于全息照相在感光板上紀錄的不是被攝物的挺直形象，而是簡單的干涉條紋，因此全息照片事實上相當于一個衍射光柵，物象再現的過程實際是光的衍射現象。要看到被攝物體的像，必需用一束同參考光的波長和傳播方向完全相同的光束照耀全息照片，這束光叫再現光。這樣在原先拍攝時放置物體的方向上就能看到與原物形象完全一樣的立體虛像。如圖2 所示把拍攝好的全息底片放回原光路中，用參考光波照耀全息片時，經過底片衍射后有三部分光波射出。 0 級衍射光它是入射再現光波的衰減。 +1 級衍射光它是發散光，將形成一個虛像。假如此光波被觀看者的眼睛接收，就等于接收了

24、原被攝物發出的光波，因而能看到原物體的再現像。 -1級衍射光它是會聚光，將在與原物點對稱的位置上形成物體的再現虛像的共軛實像。 3全息照相原理的數學描述 下面對全息照相原理作一簡潔的數學描述。設全息底片所在平面為xy 平面，物光在底片上的振動表達式為 圖2 E0(x,y)?A0(x,y)cos?t?0(x,y) （3） 參考光為 ER(x,y)?AR(x,y)cos?t?R(x,y) （4） 為便利起見，采納復數形式表示，寫成 E0(x,y)?A0(x,y)ei?0(x,y)ei?t ER(x,y)?AR(x,y)ei?R(x,y)ei?t 對于相干波的疊加，真正起作用的是振幅和相位，常用復振幅來表示，即省去時間相位因 子eit，剩下的部分既含振幅，又含隨空間改變的相位，把它稱為復振幅。于是，在底片 上任一點物光和參考光復振幅分別為 O(x,y)?A0(x,y)ei?0(x,y)（5） R(x,y)?AR(x,y)ei?R(x,y) (6) 相干疊加后的合成光場為 H(x,y)?R(x,y)?O(x,y) （7） 干涉條紋的光強為 I?HH?O?RO?R?(8) 式中為H為H的共軛復數。為使關系式簡潔，各量中的x，y 均省略。將上式綻開得 ? 22 I?A0?AR?A0A