凌朋的全息术(1).doc

全息术 凌朋 pb05210356 实验目的： 让同学们初步了解全息术的基本原理，并拍摄物体的三维全息图和制作全息光栅。 实验原理： 全息图分成两步来完成：第一步，干涉法记录全息图，即波前记录；第二步，用全息图使原光波波前再现，即波前再现。 1． 波前记录 设Oxy平面上物光的复振幅分布为 参考光的复振幅分布为 参考光波和物光波在Oxy平面上干涉叠加后的光强为 在线性记录的条件下， t为曝光时间，I为总光强，β0和β为常数。Β等于线性区的斜率 全息图的复振幅透射率 2． 波前再现 设再现用的照相光波在Oxy平面上的分布为 此再现光波经过全息图后衍射波的复振幅分布为 忽略第一项： 上式为全息照相的基本公式。 实验内容： 1、全息光栅 布置光路并摄像，要求两个扩束镜的位置相对于全息干板面是对称的；入射到干板上的光线小于。 曝光后经适当冲洗。 待全息干板完全干燥后，放入原光路中进行再现。 测量底片到屏的距离L，及像之间的距离x，求光栅常数d。（具体计算见思考题1） 2、三维全息术 在防震平台上布置光路并摄像。待全息干板完全干燥后，就可以放入原光路中进行再现。 思考题： 1、 把拍摄好的全息光栅用一束细光束垂直入射，测出L，小，求光栅常数d，及二束光的夹角（与拍摄时的角相比较） 拍摄得到的为 用光束照射全息光栅测得 L=15.8cm，X=14.00cm 根据公式 所以=arctan（X/2L）= arctan（14.00/（2*15.8））=， 下面求光栅常数d： 根据光栅方程 可得 已知一组参数，即 以及激光的波长 =632.8nm 代入即得 d=1.56um 相对误差为 ==1.57% 可见误差比较小,实验是比较成功的 误差的来源有： 1） 拍摄得到的值是用量角器量的，量角器并不能确保在水平面内，光束线宽也较宽，造成了较大的误差； 2） 测量和x时，没有精确的量具，用的是卷尺，受到一起精度的影响，不能十分精确测得和x。 3） 由于测量这本身的经验，技巧不足造成测量不够精细。 2、 简述全息术的两步成像方法，各利用什么原理实现？ 1） 波前的全息记录。即利用干涉原理记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布。通过干涉法可以将物体光波在某波前的位相分布转换成光强的分布，从而被照相底片记录下来。而两个干涉光波的振幅比和相位差决定了干涉条纹的强度分布，所以在干涉条纹中就包含了物光波的振幅和相位信息，亦即包含了物光波的全部信息。为得到干涉条纹，我们用照相底片记录物光波和参考光波的干涉图样。如图所示。 2） 物光波的再现。利用衍射原理进行光波的再现。用一个光波再照明全息图，光波在全息图上就好像在一块复杂的光栅上一样发生衍射，在衍射光波中包含原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现象。 3、 如全息干板不小心打碎了，使用其中一小块再现，问对再现像有何影响，试说明理由。 如果全息干板碎了，用其中的一块再现，可能使再现象的亮度变低，原因如下： 因为物光波的再现是利用衍射原理进行光波的再现。由菲涅尔衍射积分公式 式中的为光波照射到全息干板上有效面积。 若只利用干板的一部分，虽然不会改变物体的形状，但是，由于干板上参考光和物光干涉图纹的减少，再现全息图时，有效面积会相应的减少，故而物象的亮度会减淡。 4、 分析两次实验拍摄的结果: 1）制作全息光栅实验中，可能是扩光束离干板太近，光的扩束不够，干板上的光亮比较弱，有效面积比较小，致使制作出来的光栅的图像较弱，一级衍射斑不够亮。 2）全息术实验中，照到鸡身上的光束位置较难把握，可能是偏上了的缘故，导致共轭像不容易观察到，只能看到鸡的上半身。 3）两个实验中都要求光路调节精确，细致。否则极易因为干板上的像不重合或较暗而很难观察。 实验总结 这个实验室的实验很有趣，难点在于光路的调节，注意等光程差，并且需要控制好两束光线的夹角才能得到清晰的图像，曝光时注意曝光时间。冲洗底片也很有趣。实验还是很容易做成功的。