全息照片的摄制 实验报告

全息照片的摄制 实验报告【实验目的】 1. 掌握全息照相的原理 2. 学习拍摄全息图的技术 3. 了解全息照相的特点及全息技术的应用【实验仪器】全息实验台、半导体激光器、分束镜（7:3）、反射镜、扩束镜、载物台、底片夹、被摄物体、 全息干板、曝光定时器、显影及定影器材等。【实验原理】1. 背景知识全息照相就是一种能够获得光场相位信息的技术。全息照相通过将物体反射或散射光(物 光)和参考光发生干涉，把来自物体的光波波阵面(物光波前)的振幅和位相信息以干涉条纹的 形状、疏密和强度的形式记录在感光的全息干板上，因此保留了光波的全部信息。在一定条 件下，将所记录的全部信息完全再现出来，再现的物像是一个逼真的三维立体像。2. 全息照相的原理设想物体在空间的左侧。光源照射物体，反射或散射光从物体表面出发，经过中间的平 面传播到右侧。根据惠更斯-菲涅耳原理，右侧的光场可以看成在中间平面的子波源发出的 波的叠加。因此，如果能够用某种方法产生一个光场，它与原始光场在中间平面附近相同(振 幅和相位都相同)，那么它向右传播，会在右边产生一个和原来的光场完全一样光场。这时 从右侧向左看过去，感觉和看一个实物没有任何区别。全息照相就是通过复制一个面的光场 达到复制空间光场的目的。全息照相分为透射式全息和反射式全息两种。透射式全息：由激光器发出激光束，通过分束镜 BS 一分为二，其中透射光经反射镜 M1反射和扩束镜 L1扩束后照射到被摄物体上，然后经物体表面反射，照射到全息干板 H 上，这束光称为物光。 而反射光经反射镜 M2反射、扩束镜 L2扩束后，直接照射到干板 H 上，这束光称为参考光。 普通物理实验讲义 2020 北京师范大学物理实验教学中心 - 131 - 物光和参考光在干板 H 上叠加，干涉形成明暗有规律的图样，干板上的感光介质可以记录 下来这些图案。反射式全息：其原理与透射式全息照相类似。其特点是记录时物光 和参考光分别从干板的前后方入射，再现时从干板的反射光看回去可以看到拍摄物。常见的反射全息图是白光再现全息图。拍出满意的全息照片，拍摄系统必须具备的条件：A 光源必须是相干光源：全息照相的原理是光的干涉现象，这就要求光源必须具有很好的相干性。上世纪 60 年 代激光器的问世，为全息照相提供了一个理想的光源。B 全息照相系统要具有稳定性：全息底片记录的是物光与参考光的干涉条纹，干涉条纹又细又密。因此，在照相过程中 微小的扰动会导致干涉条纹变得模糊。C 物光与参照光应满足：参考光的光程差应尽量小，两束光的光程相等最好，最多不能超过 2cm；两束光之间的 夹角要在 2040之间，最好在 30左右。照射到底片上的物 体反射的物光与参考光的光强比一般要求在 13110 之间。D 用高分辨率的干板记录全息照相底片上记录的是物光和参考光的干涉条纹，干涉条纹密度很高，所以需要用高 分辨率的干板记录。E 曝光与显影对实验结果的影响：如果曝光时间太短,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。冲洗过程对获取高质量的全息图也十分关键。首先，需要按照配方要求用蒸馏水来配制 显影液、定影液和漂白液，保证显影、定影的质量，冲洗过程需要在暗室进行，干板在定影 完成之前不能见光。此外，干板一般保持在室温 20在右进行冲洗，配制一次药液保管得 当可使用一个月左右。【实验内容】（一） 拍摄玩偶的透射全息图。 1全息照相光路调整 按图 1 所示光路安排各光学元件，并作如下调整： （1） 物与底片的距离小于 10cm，两束光夹角约小于或等于 30； （2） 使各元件中心点对应的法线平行于光学平台并且基本等高； （3） 使物光和参考光的光程大致相等，最好光程差小于 2 cm； （4） 精细调节各光学元件等高共轴； （5） 分别挡住物光和参考光调节其光强比约 1:31:10，两光束有足够大的重叠区； （6） 所有光学元件必须通过磁性底座固定在光学平台上。 2全息照片的记录 拿下白屏，放入快门遮挡入射激光，设置曝光时间 5 秒左右；在底片夹上装夹全息 干板，使底片的药膜面对着物光和参考光，等待约 14 分钟，按下快门按钮进行曝光。 （二） 冲洗底片：将底片经过显影、定影处理。 3照相底片的冲洗 取下曝光后的底片，用清水打湿，放入显影液后，发现变色后，马上取出，并用清水冲 洗，再放入定影液中，定影 510 min，取出用流水冲洗 25min，使多余的银粒冲去； 再用电吹风吹干。（三） 用扩束激光再现全息像，观察玩偶的虚像，并用毛玻璃接收玩偶的实像。 4全息照片的再现观察 用经扩束后的激光沿原参考光入射方向照明全息图，透过底片并朝着放置原物位置方 向进行观察，可看到一个清晰、立体的原物虚像，这就是理想的漫反射全息图像。用白屏沿 着原参考光入射方向，与虚像对称分布的位置附近可以接收到实像。【注意事项】 1. 为保证全息照片的质量，各光学元件应保持清洁，不可用手触摸镜面。若光学元件表面 被污染或有灰尘，应按实验室规定方法处理，切忌用手、手帕或纸片等擦拭。 2. 不要用眼睛直接对准激光束（未扩束) 观察，手切勿触摸激光管的高压端。 3. 曝光时，要避免室内震动和空气流动。4. 全息底片是玻璃片基底上涂了感光物质，注意轻拿轻放，防止破碎。 5. 取下曝光后的底片，用清水打湿，放入显影液后，刚发现变色后，马上取出，并用清水 冲洗，再放入定影液中。 6. 显影液和定影液：底片冲洗完毕显影液和定影液倒回原瓶，不可倒错和混合。 7. 实验完毕，将所有仪器归放原位，摆放整齐。【复习思考题】(1) 为什么全息照片的每一碎片都能使整个物体再现？ 答：因为全息照相是借助于参考光和物光的相互作用记录了包括物光波的振幅和位相的全部信息,记录介质（全息片）上的每个点的光强是参考光与到达该点的整个物光波干涉的结果,物体上各点发出的光到达感光板上的这一点,都是对这一点的光强有贡献,全息片任一小部分都包括整个问题的全部信息,物体上的每一点的信息都记录在整个感光板上（点-面对应）及（面-点对应）(2) 全息技术有哪些重要的应用？答： 1. 全息技术应用于医学最先把激光全息技术应用于医学的是首次摄得眼全息图，以后各国科学家相继开始将激光全息技术应用于医学领域，从眼科扩展至胸外科、口腔科等。二次曝光的成功，促成了全息测量技术的发展，20世纪70年代出现的超声全息技术，将全息技术推进了一大步。由于超声可深入人体内部，因而超声全息可探测人体内部器官，如肠、胃、肝、胆及主胎儿等的生理异常，肢端和关节软组织的超声全息成像是极有价值的，超声全息还有希望应用于腱、肌肉和神经结构的显示。激光全息医学诊断术虽然产生的时间不长，但由于它具有种种优点，已越来越为人们所重视，并日益广泛地应用于临床。2. 全息投影全息投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至国外进口的MP全息投影膜上，让观众看不到不属于自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。且无需配戴眼镜的3D技术，观众就可以看到立体的虚拟人物。一般在一些博物馆、舞台之上的应用较多。3. 360度幻影成像系统360度幻影成像是一种将三维画面悬浮在实景的半空中成像，形成空中幻象中间可结合实物，实现影像与实物的结合。可营造亦幻亦真的氛围，效果奇特，具有强烈的纵深感，真假难辩。也可配加触摸屏实现与观众的互动。还可做成全息幻影舞台，产品立体360度的演示，真人和虚幻人同台表演，科技馆的梦幻舞等。