全息照相实验报告

全息照相实验报告一、实验目的与实验仪器1.实验目的（1）了解全息照相的基本原理；（2）掌握全息照相方法及底片冲洗方法；（3）观察物象再现。2.实验仪器激光器、成套全息照相光具元件及隔振光学平台、白屏、硅光电池及电压表、全息干板、被照物体、显影液和定影液。二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.全息照相（利用光的干涉）经过分束镜的物光和参考光到达全息干板处发生干涉现象，干涉产生的条纹记录了光波的强度和相位。由于物光的强度各处不同，导致参考光与物光干涉时产生条纹在底片上浓淡不同，这浓淡反映了物体上各处发光强度。对于相位的记录，如图所示，O是物体上的一发光点，它的光和参考光在底片上形成干涉条纹，设a，b是两个暗条纹，距离O点为r，要形成暗纹，a，b两点的物光必须和参考光都反向，到达a，b两点物光光程差必相差λ，又由几何关系可知λ=sinθdx，即dx=𝜆𝑠𝑖𝑛𝜃=𝜆𝑟𝑥，由于物体上各发光点θ角度或者半径r的不同，其在底片上形成干涉条纹的间距也就不同，这些间距的不同反映了物光的不同相位。2.物像再现（利用光的衍射）物像的再现是利用光照射全息照片（相当于一个光栅）观察透过光。如图1为干涉时形成的干涉条纹，条纹间距为d=𝜆𝑠𝑖𝑛𝜃，将该光栅放回原处，用参考光照射，如图2，光栅衍射方程为：dsinφ=kλ，+1级衍射光在φ=θ方向，所以衍射光2’就如同原光束2，所以对着这个方向看，就可以看到原物的立体虚像。而-1级衍射光在φ=-θ方向，这个方向可以形成原物的一个实像。三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1.全息照相①按原理的光路图配置光路；②调整物光与参考光的光程差差值在2cm以内；③全息干板与原物距离在5cm以内，且全息干板尽可能正对物体；④调整感光板上的物光与参考光夹角在20°到50°之间；⑤关闭照明灯，调整物光与参考光光强之比为1:3到1:5（分别遮挡物光或参考光，用硅光电池测量全息干板处的光强及电压之比）；⑥将激光遮住，装好全息干板，激光曝光10—20s；⑦按照显影-水洗-定影-水洗-晾干的程序处理。2.物像再现①将晾干的全息照片放回原处，用原参考光照射，去掉物，在全息图后方观察，即可看到原物的三维立体虚像；②挡掉全息图一部分，仍可看到完整的物像。3.注意事项①各种光学镜面严禁用手触摸；②实验过程切忌用眼睛直视激光束，以免损伤视网膜；③各组应在同一时间曝光，以免相互干扰。四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）结果分析此次实验对外界条件要求较高，虽然我们尽量保证外界条件的稳定，但还是没有成功，分析原因，可能是：1．系统稳定性对实验结果的影响：由于全息图上所记录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.光路对实验结果的影响：(1)参考光和物光的光程差不能太大,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)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d=λ/2sin(θ/2),而干板分辨率η与d有关η=1/d=2sin(θ/2)/λ，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。(3)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。3.曝光与显影对实验结果的影响：(1)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。讨论：1.全息照相与普通照相有什么不同？答：全息照相是以干涉、衍射等波动光学的规律为基础的，全息图所记录的是物体各点的全部光信息，包括振幅和相位，全息图能完全再现原物的波前，因而能观察到一幅非常逼真的立体图像。而普通照相过程是以几何光学的规律为基础的普通照相得到的，只能是二维的平面图像。2.为什么全息照片的每一碎片都能使整个物体再现？答：全息照相过程中物体与底片之间是点面对应的关系，即每个物点所发射的光束直接落在记录介质整个平面上。反过来说，全息图中每一个局部都包含了物体各点的光信息。六、实验结论1.全息照相是利用光的干涉和衍射现象再现物体的三维立体像的一种技术；2.两束相干光在发生干涉后，在感光板上的干涉条纹可以记录相干光的振幅和相位信息，对底片进行在照明，利用衍射原理可以观察到原物的三维立体像；3.全息照相实验充分证明了光的波动性，与光电效应实验证明光的粒子性的实验一同对光的两种性质进行了充分的说明。七、原始数据（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）