全息照相的基本技術(shù)

大學(xué)物理實驗全息照相的基本技術(shù)吉林建筑科技學(xué)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(xué)家伽伯(DennisGabor1900-1979)提出（伽伯因此于1971年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎），由于缺少高相干度和高亮度光源，全息照相技術(shù)未得到進一步發(fā)展。到了60年代初期激光問世后，全息照相技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前已在精密計量、信息存儲和處理、遙感技術(shù)和生物學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用。伽伯(DennisGabor1900-1979)

全息照相與普通照相的區(qū)別全息照相普通照相原理物理光學(xué)原理

幾何光學(xué)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(zhì)立體像（三維）、可分性、多次記錄平面像（二維）再現(xiàn)方法用衍射方法再現(xiàn)物光波的全部信息。因而能看到物體的顏色、明暗、形狀和遠(yuǎn)近直接成像在感光面，沖洗后即能看到像二、實驗?zāi)康?.了解全息照相的基本原理和主要特點。2.學(xué)習(xí)全息照相的拍攝技術(shù)和再現(xiàn)方法。三、實驗原理1．光波的信息任何物體表面發(fā)出的光波都可以看成是由其表面上各物點所發(fā)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(fā)出的激光經(jīng)分束鏡（N）后，分為強度比較適宜的兩束光：其中一束經(jīng)反射，再經(jīng)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(jīng)反射，又經(jīng)擴束后均勻投射到物體表面上，經(jīng)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(fā)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(guān)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(guān)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(shù)，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(shù)函數(shù)表示關(guān)于全息底片---記錄介質(zhì)記錄介質(zhì)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(dāng)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(fù)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(guān)系曲線曝光后的干板經(jīng)過顯影、定影處理后，就得到全息照片全息照片呈現(xiàn)出來的是干涉條紋，不是物體的像。3.全息照相的再現(xiàn)原理全息照相的再現(xiàn)原理將拍攝好的底片經(jīng)顯影、定影、沖洗、晾干后，用一束擴大了的激光（稱為再現(xiàn)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(fù)雜的光柵，再現(xiàn)光經(jīng)過它會產(chǎn)生衍射，根據(jù)光柵衍射條件:平行的再現(xiàn)光垂直投射到底片上，對于某一區(qū)域的干涉條紋來說衍射角為級時，衍射光是發(fā)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(xiàn)原物完整的像。3）全息照片所再現(xiàn)的被攝物像的亮度可調(diào)。入射光越強，再現(xiàn)物的像就越亮。4）再現(xiàn)像可放大或縮小。用不同波長的激光照射全息照片，再現(xiàn)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(fù)曝光記錄。每次曝光前稍微改變底板方位（如轉(zhuǎn)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(xiàn)各個不同的圖像。若物體在外力作用下產(chǎn)生微小的位移或形變，并在變化前后重復(fù)曝光，則再現(xiàn)時物光波將形成反映物體形態(tài)變化特征的干涉條紋。這就是全息干涉計量的基礎(chǔ)。四、實驗儀器五、實驗內(nèi)容1.合理布置儀器，調(diào)節(jié)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(zhǔn)備打開曝光定時器，設(shè)置好曝光時間（10s）,鎖定全息臺上所有元件，關(guān)實驗室門，關(guān)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(wěn)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(xiàn)觀察你的作品顯影時間約為15s(觀察底片已呈現(xiàn)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