全息照相大学物理实验总结

admin

篇一：全息照相大学物理实验总结

大学物理实验总结

——全息照相个人心得 通过大学物理实验的课程学习，将物理理论与实践结合在一起，在这过程中能够发现很多的乐趣。实际的实验操作，使我对一些物理知识、现象有了更深入的认识，也激发起我对物理实验的兴趣和对物理现象探索的渴望。给我印象深刻的实验有很多，如迈克耳孙干涉仪测波长实验、衍射光栅实验、霍尔效应实验等。而全息照相立体效果十分有趣，是物理学中一道别样的风景。

全息照相的原理其实很简单，利用干涉方法记录了物体抵达摄影底片时光波的振幅与相位的全部信息。它记录的不是物体的几何信息，而是物光与另一束与之相干的参考光抵达照相底片的干涉条纹。所以，全息照片上一般看不到原物体的像，必须用原来的参考光照明，才能看到原物体的立体像，这被称为全息底片的再现。

从全息照相和全反镜 普通照相对比中，我们可以很容易发现

全息照相的特别之处。 普通照相通常是通过照相机物镜成像，

在感光底片平面上 将物体发出的或它

散射的光波（通常称

为物光）的强度分布 （即振幅分布）记录

底片 下来，由于底片上的

全息图的光路 感光物质只对光的

强度有响应，对相位

分布不起作用，所以在照相过程中把光波的相位分布这个重要的信息丢失了。因而，在所得到的照片中，物体的三维特征消失了。全息技术则完全不同，由全息术所产生的像是完全逼真的立体像（因为同时记录下了物光的强度分布和相位分布，即全部信息），当以不同的角度观察时，就象观察一个真实的物体一样，能够看到像的不同侧面，也能在不同的距离聚焦。

实验过程中使用到的仪器主要有：激光全息实验台， He-Ne激光器,光开关及曝光定时器;其它需要的是：分束镜一个，扩束镜两个，全反射镜两个，被摄物体及放置物体的底座，全息干版及底架 以及暗室效果。

拍好全息照相除了掌握它的原理步骤外，还有很多的关键点值得我们注意：

(1) 具有一定功率的相干光源；具有稳定的操作平台；要有合适的光路；

（2）搭光路时要注意光斑是否均匀；物光和参考光在屏上要重叠，放置干版时要与该位置一致；

(3) 搭好光路后要检查光程差是否接近零、物光和参考光的夹角是否适当（30°至50°）、以及物屏距离是否合适（10至15cm)、各元件间的距离尽可能拉大些；

(4) 装底片时，药膜面不能装反；曝光时，不得走动，不能用手触摸光学元件的光学面,不要随意搬动和取下被摄物；激光器开启后，不要中途关闭、直到实验完毕。

（5）要获得最终的全息图，充分了解和学习感光底片的显影、定影、冲洗等有关摄影的暗室技术知识也是不可缺少的；显影时间2分钟左右，定影时间20分钟左右。定影后的底片应放在清水中冲洗2分钟。将全息照片放回原处，遮住物光，用参考光束照亮全息片，可观察到物体的像。

全息照片有很多奇妙的特点：片上的花纹与被摄物体无任何相似之处，在相干光束的照射下，物体图像却能如实重现。此外立体感很明显（三维再现性），如某些隐藏在物体背后的东西，只要把头偏移一下，也可以看到。视差效应很明显。全息图打碎后，只要任取一小片，照样可以用来重现物光波。甚至是，在同一张照片上，可以重叠数个不同的全息图。在记录时或改变物光与参考光之间的夹角，或改变物体的位置，或改变被摄的物体等等，一一曝光之后再进行显影与定影，再现时能一一重现各个不同的图像。

全息照相是六十年代发展起来的一种立体摄影和波阵面再现的新技术。由于全息照相能够把物体表面发出的全部信息记录下来，并能完全再现被摄物体光波的全部信息，因此，全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用。

除光学全息外，还发展了红外、微波和超声全息技术，

这些全息技术在军事

除用光波产生全息图外，已发展到可用计算机产生全息图。全息图用途很广，可作成各种薄膜型光学元件，如各种透镜、光栅、滤波器等，可在空间重叠，十分紧凑、轻巧，适合于宇宙飞行使用。使用全息图贮存资料，具有容量大、易提取、抗污损等优点。

全息照相的方法从光学领域推广到其他领域。如微波全息、声全息等得到很大发展，成功地应用在工业医疗等方面。地震波、电子波、X射线等方面的全息也正在深入研究中。全息图有极其广泛的应用。如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等。现在不仅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人们能看到景物的各个侧面。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展，甚至进入我们的日常生活，如产品商标，书籍装帧以及小工艺品等。

中学的物理学习一直在理论上，缺乏直观的认识和感受，而实验让我对理论认识更清晰、直观，也更加深刻。3D电影更是向大众展现了全息技术的特点和趣味。我相信随着不断地研究发现及创新，全息技术的道路会越来越宽广。

2010年12月15日

篇二：物理实验-全息照相-实验报告

物

理 实 验 报 告

班 级__信工C班___组 别______D______

姓 名____李铃______学 号_1111000048_

日 期___2013.3.6___指导教师___张波____

【实验题目】_________全息照相

【实验目的】

1.了解全息摄影的基本原理、实验装置以及实验方法； 2.掌握激光全息摄影和激光再现的实验技术； 3.通过观察全息图像的再现，弄清全息照片和普通照片的本质区别

【实验仪器】

防震全息台，氦—氖激光器，扩束透镜，分束棱镜（或分束板），反射镜，毛玻璃屏，调节支架，米尺，计时器，照相冲洗设备等。

【实验原理】

全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。

全息图种类很多，有菲涅耳图、夫琅和费图、傅立叶变换全息图、彩虹全息图、像全息图、体积全息图等。不管哪种全息图都要分成两步来完成，即用干涉法记录光波全息图，称波前记录；用衍射原理使原光波波前再现，称波前再现。

1.全息照相的过程

物体发出的包含振幅和位相信息的光可以用下式表示：

其中：

信息，而位相信息

为振幅， 为位相。普通摄影只能记录物体光波的振幅全部丢失，因此照片没有立体感。数学表达式为：

实际上没有任何一种感光材料可以直接记录光波的位相，在全息摄影中我们利用光的干涉原理来记录光波的振幅和位相信息。如右图

所示，激光器L发出的激光由分束镜BS将光线一

分为二，透射光线经反射镜M2反射再经过扩束后

照射在被摄物体上，这束光线称为物光(O光)；反

射光线经反射镜M1反射再经过扩束后直接照射在

感光材料上，因而称为参考光(R光)；两束光线在

P处相干并形成干涉条纹，这些条纹记录了物光的

所有振幅和位相信息。数学表达式如下：

物光为：

参考光为：

两光相干后总光强为：

两光相干后总光强的表达式说明全息图中包念着物光的振幅和位相信息，它们全部被记录在感光材料上，并以干涉条纹的形式表现出来。感光材料（全息干板或胶片）经过曝光、显影和定影后，即可得到一张菲涅耳全息图。

2.全息相片的再现过程：

将制作好的全息图放回原处，遮挡住物光(

则透过这张全息图的光强为：

)并取走被摄物体，用原参考光照明，

上式中的第二项与原物光光波只相差一个系数R，这说明通过全息图的出射光包含原物光的全部信息。所以我们透过全息图可以看到在原来放置物体的地方有物体的虚像，就像物体没有被取走一样。如右图所示。物体的虚像具

有明显的视差效应，当人们通过全息图观察物体的虚像时，

就像通过一个“窗口”观察真实物体一样，具有强烈的三维

立体感。当人眼在全息图前面左右移动或上下移动时，我们

可以看到物体的不同部位。即使全息干板破损、变小，但原

物光的信息还保存在干涉条纹之中，所以我们通过参考光的

照射同样可以看到物体的虚像，只是大小发生了变化。

【实验内容】

（1）在全息干板支架上固定白屏或毛玻璃，调节扩束镜C1使物光均匀地照射在被摄物体上，调节物体的方位使物体漫反射光的最强部分均匀地照射在白屏上。调节扩束镜C2使参考光均匀地照射在整个白屏上。这时物光和参考光在白屏上完全重叠。

（2）完全挡住光源。拿掉全息干板支架上的白屏，换上全息干板，并将药膜面（手感发涩）朝着光的方向安装在全息干板支架上。稳定1 ~ 2min后开始曝光，曝光60秒。

（3）将曝光后的全息干板在暗室内进行常规的显影、停显、定影、水洗、干燥等处理，即可得到一张漫反射的三维全息图。

（4）将冲洗好的全息图放回到干板支架上，拿去被摄物体，挡住物光，用原参考光照明全息图，在其后面观察重现的虚像。我们可以看到在原来放置被摄物体的地方有一虚像，人眼上下左右缓慢地移动，可以看到物体的各个部位。将全息图挡去一部分，观察虚像有何变化。

注意事项：曝光时注意不要碰台面；不要坐着进行实验，以免眼睛灼伤。

【原始数据】

【数据处理】

【实验数据分析】

【思考题】

1. 普通照相与全息照相的区别是什么？

答：普通的照相利用透镜成像原理，在感光胶片/器件上记录反映被摄物体表面光强变化的表面像，从照片中看到的拍摄物是平面的。

而全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同，因而全息照相不仅记录了被摄物体的反射光波强度(振幅)，还记录了反射光波的相位信息。用激光照射，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。

2. 为什么每一个碎片都能产生完整的像？

答：全息照相是由单色光（一般用激光）的衍射条纹组成的，每个面积上都记录有“全部信息”。

篇三：全息照相实验心得体会

全息照相实验心得体会

全息照相术是利用干涉和衍射的原理将物体发射的光波以干涉条纹的形式记录下来，再在一定的条件下再现，形成与原物体完全相似的空间像。由于它记录的是物体原来光波的全部信息（振幅和位相），像十分逼真并具有立体效果，所以叫全息照相。

根据记录和再现方式的不同，全息术可分为多种类型，如菲涅耳全息、像全息、彩虹全息、合成全息等等。我们所做的全息照相实验的原理是菲涅耳全息照相。菲涅耳全息的特点是记录平面位于物体衍射光场的菲涅耳衍射区，物光由物体直接照到底片上，而无需变换透镜或成像透镜。

实验原理见大学物理实验第三册实验3.5.1全息术。

如图（1）所示布置光路。分束板采用反射率为5%的平晶，扩束镜用40Χ显微镜。选择漫反射性比较好的物体作为拍摄三维全息照相的物体。调好光路，使参考光与物光束的光强比为2:1~10:1，放上全息干板曝光，曝光后经适当冲洗，就完成了。再现的方法是将干板放在原光路中，把分束镜换成全反射镜，拿走物体，向着干板后原物体所在的方向看去就可以看到与原物体相似的明亮的像。

n 实验体会

在做实验时要注意，布置光路时要调节光学元件的高低和位置使激光束的高低与台面平行，并使参、物光的光程基本相等,二者的光程差控制在3cm之内.还有为了保证记录是线性的，应使参考光光强大于物光光强，照射到全息干版上的参考光和物光光强之比以2∶1至5∶1为好,否则拍出来后再现时会很模糊。还要注意投射到干板上的物光与参考光之间的夹角要略小于45度,以便观察时避开直射强光,夹角可以在25~45度之间选择.再有就是要调节物体使其反射的最亮的部分落在干板上，否则也很难成功,我拍摄时就是由于没有注意到这一点所以第一次没有拍出来。拍摄时还要注意每一光学元件都不能有任何微小移动或振动,轻微的振动或气流扰动只要使光程差发生波长数量级的变化,条纹都会模糊不清,因此拍摄时不能乱动.曝光时间和冲洗时间也要把握好,曝光的时间在10秒左右,显影时间也不要过长,只要底片变灰了就行,千万不能变黑了,定影3分钟,所有的时间要严格掌握才能保证成功.还有冲洗时可以用紫光或绿光灯,但千万不要被红光照到,否则就前功尽弃了.

n 实验扩展

l 物光扩展拍摄大体积物体三维的全息图----激光全息照相景深扩展方法之一

物体三维的全息照相是以干涉条纹的形式记录下物光波的信息，只有和参考光波干涉的物信息才能记录下来，没有和参考光干涉的物信息将损失掉。当被拍摄物体的尺寸大于激光器的相干长度是，从物体上各点漫射出的物光的光程和参考光的光程差就不会都小于激光器的相干长度，即并非物体上各个物点漫射出的物光波都能与参考光波相干叠加，而只有局部物点漫射的物光波才与参考光波相干涉形成全息图。全息图上只记录了这一部分物信息，再现时，就只能重现这一部分物光波，使再现像局部模糊甚至出现暗区。为了尽量减少丢失物体的信息，采用物光扩展的方法把物光分成两束或更多束，从不同方向分段照明物体。例如图（2）的双光束照明，有反射镜M5反射的光波充分照明被拍摄物体的左半部分，这一部分的各个物点漫反射的物光波的光程与参考光的光程差都小于激光器的相干长度，被拍摄物体的左半部分的全部信息都以干涉的形式记录下来了。同理由M3反射的光波充分照明被拍摄物的右半部分，右半部分的全部信息也都以干涉的形式记录下来。整个被拍摄物的全部信息完整地被记录而没有损失掉。再现时就不会出现局部模糊和暗区，得到清晰完整的再现像。

l 参考光扩展拍大景深物体组三维的全息图——激光全息照相景深扩展方法之二

在激光器的相干长度较短的情况下，具有较大景深的物体，其各个物点漫射的物光波与选定的参考光波的光程差常常不能都同时落在相干长度之内，对于那些不能满足相干条件的物点，需要选择另一束参考光，即对原来的参考光进行光程补偿，使补偿后的光程差重新落在相干长度之内。例如图（3），由BS2和M2、M3组成的三角形光路，使其中一部分参考光增大了光程。这一部分增大了光程的参考光R’’可与光程最长的那部分物光（O3上漫射来的光）相干涉，而不通过三角形光路的参考光与光程较短的那一部分物光（从O1、O2上漫射来的光）相干涉（O1、O2间距离小于激光器的相干长度）。这样，整个物体组的全部信息被记录下来了。


《全息照相大学物理实验总结》出自：百味书屋
链接地址：http://www.850500.com/news/5750.html
转载请保留,谢谢!