信息光学实验
实验报告
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上课时间
填写实验报告的要求
1.实验前要认真预习实验内容，理解实验的原理。
2.实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真
填写实验报告。
3.在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。
4.对实验原理深入理解，认真回答课后思考题。
5.要求书写整洁，字体端正。
实验1 像面全息图
第一部分：预习
(一) 实验目的
1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图，为彩虹全息实验打下基础；
2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处；
3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响
(二) 实验光路
La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片(三) 实验原理
将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。像面全息图的记录光路如图所示。激光器发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜分成两束，透过的光束经反射镜射M2反射后被扩束镜扩束并照明物体，物体被成象透镜成像在全息干板上构成物光；M3反射的一束光被扩束镜扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。
像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时。物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时，再观光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。
全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的
距离。可见，各波长的再现像将相互错开而又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。当全息干板处于离焦位置(不在成像面上)时，再现像的清晰度将下降。离焦量越大，再现像就越模糊不清。然而，像面全息图的特征是物体或物体的像位于全息图平面上，因而再现像也位于全息图平面上。此时，即使再现照明光的方向改变，像的位置也不发生变化，只是看起来颜色有所变化了。这就是像面全息图可以用白光照明再现的原因所在。
应当注意，像面全息图的像不象普通全息图那样冗余地编码，而是局部地编码在全息图上，因此，再现对照明光束必须照到整个全息图才能把像完整地再现出来。此外，由于像面全息图本身的特征限制了物体的三维特性，故它仅具有有限的景深。
(四) 实验步骤
1．选择元件：
根据光路图选择合适的光学元件及镜架。成像透镜选用大相对孔径的照相物镜。
2．调整光路
按照光路图拼搭和调整光路。通过移动反射镜位置：调整参考光的光程，使其与物光的光程差接近于零。物光与参考光的夹角不要太大，一般在30～40度之间。全息干板片应位于物体的共扼面(即成像面)上。物体像的大小可通过调整物体和全息干板的位置来控制。最好将物体置于两倍焦距处，使之成1:1像，以防止像的失真。
3．调整光束比
根据物体的反射性能，通过调节分束镜位置，使参考光与物光的光束比为2：1到4：1。4．曝光记录
在暗室中装片，稳定一分钟后进行曝光，经常规处理后即得到吸收型像面全息图。5．漂白处理
为了提高衍射效率，用铁氰化钾漂白液(水1000 m1，铁氰化钾15g)进行漂白处理，把黑色部分消除后再浸泡1min，水洗10 min后凉干，即得到位相型像面全息图。
6．离焦记录
让全息干板离开像面约10mm拍摄一张像全息图，观察其再现像并与像面全息图的再现像作比较。
7．像全息图再现像的观察
本实验光路采用发散的球面波作为参考光照明记录，再现时，用一个灯丝稍集中的白炽订，按记录时参考光的方向照明。记录时也可改用平行光为参考光，此时须加一个准直物镜用平行光再现，也可直接用太阳光再现。像面全息图可用白光宽光源再现，再现像是消色差的，位于全息图平面上。
8. 实验完毕后，请教师检查实验结果，请教师在实验报告册上签字。
第二部分：实验
(一) 注意事项
1.
2.激光电源输出是高压，注意不要碰到输出端；
3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学镜面；
4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；
5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。
(二) 实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）
(三) 进行实验（参见“预习”中实验步骤）
第三部分：思考
1．像面全息图的再现像、像全息图的再现像和物体的像三者有何区别?
2．现有一张某物体的菲涅耳全息图，试利用它制作该物体的像面全息图，并画出光路图，叙述制作步骤。
3．试设计一个拍摄反射像面全息图的光路。
实验2 一步彩虹全息图
第一部分：预习
(一) 实验目的
1.练习拍摄一步彩虹全息图，了解拍摄光路及各光学元件参数的选择原则;
2.在白光照明下观察一步彩虹全息图再现的准单色像；
3.进一步掌握彩虹全息照相的基本原理，加深对彩虹全息图能用白光再现准单色像的
认识，
(二) 实验光路
La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片
Ｆ－狭缝
(三) 实验原理
一步彩虹全息是相对于本顿提出的二步彩虹全息而言的。二步彩虹全息具有视场大的优点但制作手续复杂，要用两次激光曝光，散斑噪声大，直接应用有困难。1977年底，杨振寰等研究成功了一步彩虹全息术，方法较为简便，而且已有了许多实际应用。一步彩虹全息和二步彩虹全息在本质上毫无区别。只是在记录彩虹全息图的步骤上更为简化罢了。
彩虹全息术的本质是要在观察者与物体的再现像之间形成一个狭缝像，使观察者通过狭缝像来观察物体的像，以实现白光再现。一步彩虹全息图的记录光路是在普通离轴全息照相光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，以便用一次曝光就能把物体的像和狭缝的像同时记录下来。按照狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路可分为两种:一种是赝像记录光路，另一种是真像记录光路。本实验采用真像记录光路。
在上图的实验光路中，狭缝和物体均位于成像透镜的焦点之外，二者的像均成在透镜的同一侧，全息干板H置于两个像之间稍靠近物像处来记录全息图。再现时用原参考光照明，人眼在狭缝像F‘的位置上观察再现像，可以看到物体的明亮的全息虚像。如果用白光再现，就会出现按彩虹颜色排列的狭缝实像。在这些狭缝像的位置上，人们可以看到不同色彩的准单色物体像。一步彩虹全息的相干散斑噪声较二步彩虹全息为小，但视场受成像透镜相对孔
径的限制。克服视场小的一个办法是使用大相对孔径的照相镜头作为成像透镜，或者将两个照相镜头串联使用；另一个办法是在物体经透镜所成的实像处加入—个场镜。
一步彩虹全息术在制作透射型彩色全息图、彩色图像存储，全息干涉计量等方面具有许多用途。
(四) 实验步骤
1.按照实验光路选择合适的光学元件。
2.根据光路图选定物体的位置，将物体躺倒放在承物台上。在细激光束中加入分束镜BS
和反射镜M，调整它们的位置，使得由BS反射的光束照射在物体的中央。然后加入扩束镜让，激光束经扩束后均匀照明物体。
3.加入成像透镜L，并在其后放置毛玻璃寻找物体的实像。透过透镜看实像，同时调整物
距和像距，使人眼恰好能看到整个实像。调好后在实像后放置干板架，使得干板架夹上去后距实像面约1cm。
4.置入狭缝F，在干板架后面用毛玻璃找到狭缝像F，，移动F使F‘到干板H的距离为4cm
左右。狭缝像的宽度约0.5cm左右。通过狭缝像观察物体的实像是否完整。若物体实像左右不全，可适当加大狭缝宽度，或更换较小的物体。
5.量取物光光程，并调整参考光路中反射镜M4和扩束镜的位置，使参考光光程与物光光
程接近相等。
6.调整连续渐变分束镜BS，使参考光与物光的光强比在4:1~8:1之间。
7.关闭光电开关K，在暗室中、将全息干板装夹到干板架上，使乳剂G朝向物体，待稳
定后进行曝光。曝光后对干板进行常规处理，即得一步彩虹全息图。
8.将制得的彩虹全息图分别用记录时参考光和共扼参考光进行再现，观察物体的像和狭缝
的像，并注意它们各自的位置和虚实。
9.再现时若用黑纸挡住全息图的大部分，而只从未被挡的那一小部分观察再现像，您发现
了什么现象?
10.在白光下观察彩虹全息图的再现像。观察时需先将全息图相对原来记录的位置在面内旋
转90。，使躺倒的物体像正立起来。照明的方向应与原参考光的方向基本一致。在铅垂方向上改变观察位置，再现像的颜色将会变化;在水平方向上改变观察位置，再现像将具有立体感。当人眼与全息图之间的距离变化时，观察再现像的颜色有何变化?
11. 实验完毕后，请教师检查实验结果，请教师在实验报告册上签字。
第二部分：实验
(一) 注意事项
1.
2.
3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学镜面；
4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；
5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。
(二) 实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）
(三) 进行实验（参见“预习”中实验步骤）
第三部分：思考
1、与普通的离轴全息图相比较，一步彩虹全息图在记录和再现方面各有哪些特点。它们的主要区别是什么?
2、试设计一步彩虹全息图的赝像记录光路，并作简要说明。试分析真像记录光路和赝像记录光路各有哪些优缺点?
3、试分析一步彩虹全息图对成像透镜、狭缝、参考光源和再现光源各有什么要求?如何合理选择?
实验3 全息应力分析
第一部分：预习
(一) 实验目的
1.掌握二次曝光法检测物体表面及内部缺陷的基本原理，加深对全息干涉计量基本原理
的理解；
2.学会用全息光弹法进行应力分析，并根据再现的干涉条纹形状，定性分析其形变和应
力情况。
(二) 实验光路
La－激光器BS－分束镜M1、M2、M3－全反镜Lc1、Lc2 -成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片SＦ－针孔滤波器
(三) 实验原理
在全息光弹法中，可采用实时法和二次曝光法。实验光路如图所示。实验试样0用准直激光束照明，通过试样的物光包含有试样的信息，它照射在全息干板H上。参考光R也是准直光束，它从另一角度照射H，因而在H上可获得试样的全息图。
二次曝光法是在同一块全息干板上作两次曝光，一次是记录初始物光波(相当于普通干涉的标准波面)的全息图；另一次是记录变化以后的物光波(相当于测试波面)的全息图。这两个全息图记录在同一块全息干板上；记录时顺序也可以颠倒。记录好的干板经显影、定影等处理后用原参考光照明，则在同一个衍射级里可同时再现两个物体的虚像，一个是初始状态下物体的像;另一个是受力变形后物体的像。这两个物光波面是相干的，在位相相同的部位，它们的振幅相加，形成亮条纹；在位相相反的部位，它们的振幅相减，形成暗条纹。根据附
加在物体像上的这些明暗相间的干涉条纹(等差线和等倾线)，通过测绘和计算，可以求出物体上各点的应力方向和大小。
(四) 实验步骤:
1.按实验光路图安排好光路。参考光与物光的光束比一般在1：1-5：1之间。物光的
夹角大约20。这样可避免在再现时参考光不至于太耀眼，以便于观察干涉条纹。
试样采用两面经过抛光的有机玻璃圆环，用加力器夹持。
2.用二次曝光法记录全息图，关闭光电开关K，在干板架上安装全息干板，记录对试
件施加最佳力时物体的全息图，然后释放加在试件上的力，稳定一分钟后进行第二
次曝光，记录初始状态下物体的全息图。两次记录的曝光时间大致相等。这是减载
法。也可以与上述作法相反，采用加载法，在物体初始状态下进行第二次曝光；然
后给物体加力，加到最佳力的数值后进行第二次曝光。
3.取下全息干板进行常规处理，所制得的全息图用原参考光再现，可以看到重现的物
体像上叠加着干涉条纹，这些条纹包括等差线和等倾线。通过分析这些条纹，可以
测出物体内应力的方向和大小。由等倾线可以测出试件上各点的主应力方向，由等
差线可以测出试件上各点的主应力差值。
4.实验完毕后，请教师检查实验结果，请教师在实验报告册上签字。
第二部分：实验
(一) 注意事项
1.
2.激光电源输出是高压，注意不要碰到输出端；
3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学镜面；
4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；
5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。
(二) 实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）
(三) 进行实验（参见“预习”中实验步骤）
第三部分：思考
1.试分析比较实时法和二次曝光法全息干涉应力分析的优缺点。
2.如果物体是透明体，试设汁一个拍摄该物体二次曝光全息图的实验光路
实验4 阿贝-波特实验
第一部分：预习
(一) 实验目的
1.验证阿贝成像原理，理解成像过程中的“分频”和“合成”作用;
2.掌握方向滤波、高通滤波、低通滤波等简单的滤波技术，观察各种空间滤波所产生
的滤波效果，理解空间滤波的原理，加深对光学信息处理实质的认识。
(二) 实验仪器
光具座、He-Ne激光器、单色傅氏透镜、准直镜、扩束镜、一维Ronchi光栅、复
合光栅、正交光栅（或网格）等。
(三) 实验光路
图4－1 阿贝－波特实验
L0－扩束镜；Lc－准直透镜；L1、L2－傅立叶透镜；P1－输入面（物面）；P2－输出面（观测屏）；F－频谱面；Lf－放大镜（用于观测观测屏上所成的像）。
(四) 实验原理
空间滤波是光学信息处理的一种重要技术。阿贝—波特实验是空间滤波的典型实验。它虽然早在1893年和1906年就分别由阿贝和波特首先提出和完成，但因为它极为形象地验证和演示了阿贝成像原理，是傅里叶光学的最基础的实验，因而很有必要重复这个实验。
阿贝成像原理认为透镜的成像过程可以分成两步：第一步是通过物的衍射光在透镜的后焦面(即频谱面)上形成空间频谱，这是衍射所引起的“分频”作用；第二步是代表不同空间频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的“合成”作用。成像过程的这两步本质上就是两次傅里叶变换。如果这两次傅里叶变换是完全理想的，即信息没有任何损失，则像和物应完全相似。如果在频谱面上设置各种空间滤波器，挡去频谱中某一些空间频率成份，则将会使像发生变化。空间滤波就是在光学系统的频谱面上放置各种空间滤波器，去掉(或选择通过)某些空间频率或者改变它们的振幅和位相，使二维物体的像按照要求得到改善。这也是相干光学处理的实质所在。
典型的空间滤波系统是4f系统如图所示，这也是相干光学处理的典型光路．L1L2是一
对焦距为f的傅里叶变换镜头，二者之距离等2f，即L1的后焦点与L2的前焦点重合。
设输入面p1上物的复振幅透射系数为t(x0,y0)，根据透镜的傅里叶变换性质，在透镜l 频谱面F上将得到物体的频谱T(ξ,η).若在频谱面上放置透射系数为F(ξ,η)的空间滤波器，则光波通过空间滤波器后的复振幅为T?F。
根据卷积定理，在输出面上即像面上得到的复振幅分布为
式中已经假定(x0’,y0’)相对于(x0,y0)取反射坐标。上式表明，在输出面上像的复振幅分布是物体透射系数与滤波器透射系数逆变换的卷积。
在本实验中，用一块正交光栅作为物，将它置于傅里叶变换镜L1的前焦面上，并用准直的激光束垂直照明。这时，频谱面入上可观察到一个二维的分立光班阵列，这就是正交光栅的频谱，也就是的物体透射系数的傅里叶变换。该频谱函数经过变换镜头L2的变换作用，在输出面上得到正交光栅的像。经过两次傅里叶变换后得到一个坐标反射的原函数。如果在频谱面上采用不同的中间滤波器来改变频谱函数，则可得到不同的输出函数，从而实现了空间滤波。
(五) 实验内容：
1.验证阿贝成像原理
阿贝成像原理认为，透镜的成像过程可以分成两步:第一步是通过物的衍射光在透镜时后焦面(即频谱面)上形成空间频谱，这是衍射所引起的"分频"作用;第二步是代表不同空间频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的"合成"作用。搭设光路，观察现象。
2.空间滤波
用一块Ronchi正交光栅(或网格物)作为物，将它置于傅里叶变换镜头的前焦面上，并用准直的激光束垂直照明。选择适当的空间滤波器在频谱面上进行空间滤波，观察成像情况并作解释。自己制作简单的空间滤波器，如低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，方向滤波器等。
(六) 实验步骤
1.仔细分析图上所示4f系统光路图，考虑各光学元件需要放置的合适位置，以及各元件
间距与导轨总长之间的关系。（注意：4f系统中，最后一个f可延伸至导轨外面）
2.打开激光光源，调节扩束镜与准直镜之间距离，使出射光为平行光。
3.得到平行光后，固定扩束镜与准直镜位置。然后取下扩束镜与准直镜，进行光路各光学
元件的调整。
光路光学元件光轴的调整过程中，需要注意的问题：
①首先调整激光器，使出射激光与导轨平行。
②由远及近，依次调整各光学元件的光轴，使各元件光轴都与激光共轴。
③调节光学元件光轴的方法：通过调节镜子的x、y、z、扭转、俯仰等方向，使所有
反射光点都回到激光器的出光口。
4.调节光路共轴后，在物面上放入一维光栅，在频谱面上观察其频谱形状，并记录；然后
取下一维光栅，放入复合光栅，观察其频谱形状，并记录。两者比较，思考并加深对卷积定理的理解。
5.取下复合光栅，放入网格物，观察网格物的频谱，观察网格物所成的像（由于网格较密，
所成像不清晰，可在观测屏前放置放大镜来观察），并对频谱与像进行记录。
6.利用各种滤波器，对网格物的频谱进行滤波处理，观察滤波后网格物的像，记录现象并
在表中填出相应的结果。
7.实验完毕后，请教师检查实验结果。确认完毕后，将实验用器件小心卸下、包装好，并
装进塑料袋中，整齐放入盒中后，请教师在实验报告册上签字。
第二部分：实验
(一) 注意事项
1.
2.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸镜片、光栅；
3.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；
4.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。
(二) 实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）
(三) 进行实验（参见“预习”中实验步骤）
1.观察并记录一维朗奇光栅、复合光栅、正交光栅（或网格）的频谱，理解分频的过程。
一维朗奇光栅：
复合光栅：
正交光栅（或网格）：
2.利用现有的滤波器，选取合适的滤波器进行空间滤波实验，得到“说明”一栏中所描述
的像。根据输出要求，把滤波器、通过滤波器后的频谱及滤波后输出的图像填入表内。
(四) 把空间滤波光路改变成单透镜滤波光路（如图4－2所示），再重做一下
实验。
图4－2 单透镜空间滤波光路示意图
第三部分：思考
1.与4f系统相比，单透镜光路具有那些特点及优点？
2.运用空间滤波理论知识和实验中观察到的各种现象，解释表中实验结果，并回答为
什么采用一维方向滤波，让45度斜方向衍射分量通过时输出平面的条纹间距比水
平和竖直分量通过时的条纹间距小？
3.频谱面的位置是任意的吗？一定在透镜的后焦面处吗？结合4f光路和单透镜光路
总结一个规律性的结论。
4.一张带有圆形棋子的棋扳底片，现要求去掉棋盘网格而保留棋子，试设计此实验。
实验5 θ调制法空间假彩色编码
第一部分：预习
(一) 实验目的
1.掌握θ调制法假彩色编码的原理，巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解;
2.掌握用θ调制法进行空间假彩色编码的方法，并作曲相应的实验结果，加深对阿贝
二次成像理论和空间频率滤波的理解，为今后学习其他假彩色编码方法打下基础。
(二) 实验仪器
光具座、白光光源、He-Ne激光器、白光傅氏透镜、准直镜、扩束镜等
(三) 实验光路（或搭建4f系统）
图5-1 θ调制法空间假彩色编码
S－白光光源（汞灯或溴钨灯）；L0－聚光灯；L c－准直透镜；D－小孔光阑（可不用）；
L－透镜；P1－输入面（物面）；P2－频谱面；P3－输出面（像面）。
(四) 实验原理
θ调制法假彩色编码是阿贝二次衍射成像理论的一种巧妙的应用。它是先用不同方向的光栅分别调制图像的不同部分，制成θ调制片(或称光栅调制片)，然后将其置于4f系统的输入面上，并用白光照明在频谱面上进行适当的空间滤波处理，便可在输出面上得到假彩色图像。
在一透镜前方放置一块栅线平行等距的光栅，当用一束单色平行光垂直照明时，在透镜的后焦面(即频谱面)上会形成光栅衍射的离散频谱点，其排列方向垂直于光栅栅线的方向。如果有一个二维图像，其不同部位受到方向不同的光栅的调制，则频谱面上频谱点的分布也对应于不同的方向。在图中所示的盆景图像，花、叶、杆、盆各被方向不同的光栅所调制，因而它们的频谱也位于不同的方向(均与其光栅栅线垂直)。如果挡去水平方向的频谱点，则
对应的花的图像消失。同样，如果挡去任一方向的频谱点，则与其对应的那部分图像就会消失。可见，输入图像中的各个部分的频谱，只存在于调制光栅的频谱点附近，这显然是由于各部分图像频谱与其对应的调制光栅的频谱卷积的结果。
如果用白光光源照明θ调制片，则在频谱面上得到色散的彩色谱斑。每个彩色谱斑的颜色分布都是从外向里按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化。这种现象是易于理解的，因为光栅衍射角的大小与入射光的波长有关。红光的波长最长，故衍射角最大，分布在最外；而紫光的波长最短，故衍射角最小，分布在最里。如果在频谱面上放置一个空间滤波器，让不同方位的谱斑通过不同的颜色，则在像面上可以得到彩色像。例如，让水平谱斑的红色部分、竖直谱斑的蓝色部分、左斜方向频斑的绿色部分和右斜方向谱斑的紫色部分通过，在像面上就得到红花、绿叶、紫杆、蓝盆的彩色像；由于这种方法是利用不同方位的光栅对图像进行调制，因此称为θ调制法。又因为它是将图像中的不同空间部位"编"上不同的颜色，故又称空间假彩色编码。
(五) 实验步骤
1.θ调制片的制作（本次实验中，调制片已有，本步骤略过）
先设计一幅二维图像，根据需要将图像分成几个部分，每一部分都做成空心图案。然后将图案与干板紧贴在一起制作光栅，每一部分图案上制作的光栅方向不同。光栅的空间频率以50c/mm、或l00c/mm为宜。
2.空间滤波，观察假彩色图像
1)将白光光源的连接线与电源相连接，红端接正极，黑端接负极。
2)利用白光光源，调节聚光镜与准直镜之间的距离，使输出光为平行光。然后将两镜
位置确定。
3)确定好可产生平行光的聚光镜与准直镜位置后，将白光换为He－Ne激光，搭建光
路（光路可按照图5－1所示搭建，或者搭建4f系统光路），调节各元件共轴（按照光路图倒序依次调节各元件光轴）。
4)光路调节好后，将激光换为白光。
5)将已有的θ调制片放置在光路的物面上，然后在频谱面安放一张不透光的白纸，可
观察到其上有一系列彩色谱斑，并记录。思考该θ调制片与一维光栅的关系。
6)对θ调制片的频谱进行滤波处理，在像面上得到具有红黄绿（或其它颜色）三种颜
色的像。（根据各部分图像所需要的颜色，用针扎小孔或用细的卫生香烧洞的方法，让各谱斑中相应的颜色通过，并在像面P3上观察假彩色像。记录滤波过程及现象）
7)重新调节光路，搭建4f系统。重新进行θ调制假彩色编码的实验。
8)实验完毕后，请教师检查完毕后，将实验用器件小心卸下、包装好，并装进塑料袋
中，整齐放入盒中后，请教师在实验报告册上签字。
第二部分：实验
(一) 注意事项
1.
2.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸镜片、光栅、θ调制片；
3.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放；
4.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件损坏要及时报告。
(二) 实验原理（在对实验内容认真预习的基础之上，简要写出实验原理）
(三) 进行实验（参见“预习”中实验步骤）
(四) 用图示说明所观察到的θ调制片频谱图、及对频谱滤波处理后的频谱、
观察到的假彩色像。
第三部分：思考
1.实验过程中，得到的输出像往往出现串色现象，这是如何引起的？应采取什么措施来克
服串色现象？
2.用白光再现时，大部分光能向四周辐射损失掉了，因此光能利用率低，再现象亮度不够，
要改善上述缺点，可从哪些方面改进？
编号：QC/RE-KA5121 全息照相实验报告标准范本 The new situation in operation, especially the emergency, makes the information open and transparent by reporting the details, and then forms a closer cooperative relationship. （工作汇报示范文本） 编订：________________________ 审批：________________________ 工作单位：________________________
全息照相实验报告标准范本 使用指南：本报告文件适合在为规范管理，让所有人员增强自身的执行力，避免自身发展与集体的工作规划相违背，按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度，快速掌握所需了解情况的效果。文件可用word任意修改，可根据自己的情况编辑。 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相
是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个
全息照相实验报告 学院土环学院班级采矿1502 学号41501556 姓名殷苑文 一、实验目的与实验仪器 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。 实验仪器 激光器，成套全息照相光具原件及隔振光学平台，白屏，硅光电池及电压表，全息干板，被照物体，显影液和定影液等。 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） 全息记录 由光的波动理论知道，光波是电磁波。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加。因此，任何一定频率的光波都包含着振幅和位相两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图1所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射后照射到感光底片上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线／毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。
全息照相实验报告 程子豪 2010035012 少年班01 一、实验目的： 1．了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点； 2．学习全息照相的操作技术； 3．观察和分析全息图的成像特性。 二、实验原理： 2.1全息照相原理的文字表述： 普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。 全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 具体来说，全息照相包括以下两个过程： 1、波前的全息记录 利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着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位相信息。典型的全息记录过程是这样的：从激光器发出的相干光波被分束镜分成两束，一束经反射、扩束后照在被摄物体上，经物体的反射或透射的光再射到感光底片上，这束光称为物光波；另一束经反射、扩束后直接照射在感光底片上，这束光称为参考光波。由于这两束光是相干的，所以在感光底片上就形成并记录了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布的情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上将物光的信息都记录下来了，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图—全息照片。所以全息图不是别的，正是参考光波和物光波干涉图样的记录。显然，全息照片本身和原来物体没有任何相似之处。 2、衍射再现 物光波前的再现利用了光波的衍射。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，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像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。
实验报告实验三十四全息照相 物理学院1300061311 二下 6 组 03 号 2015.4.15 一. 实验目的 1?了解全息照相的基本原理； 2?学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图; 3 ?了解摄影暗室技术. 二. 实验仪器 光学平台，He-Ne 激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和 分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜，暗室技术使用的设备. 三. 实验原理 全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信息，这是全 息照相名称的山来?但是，感光乳胶和一切光敬元件都是“相位盲S 不能直接记 录相位?必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光的干涉条纹，间接 记录下物光的振幅和相位?直接观察拍好的全息图，看不到像?只有照明光按一定 方向照在全息图上，通过全息图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立 体像?故全息照相包括波前的全息记录和重现两部分内容。下面是透射式全息照 相原理。 1?全息记录 如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，那就记录了底片所在位 置物光波前的振幅和相位 物光一点发出的球面波波前： 〃0（如刃=人（忑y ）exp ［诫）（兀y ）］ 参考光波前： 则底片上总复振幅: 光强分布： Ig) = UU 感光底片在曝光后经显影和定影等暗室技术处理，成为全息图?适当控制曝光 量及显影条件，可以使全息图的振幅透过率:与曝光量E （正比于光强1）成线性关 系，即 心,刃=山一例（九y ） ? 2兀 匕(兀 y) = A r exp[/ — ysina] Ug y) = U Q (x.y)+U r (x, y)
全息光栅的制作 一．【实验目的】 1、了解全息光栅的原理； 2、复习用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照； 3、学习对全息光栅的后处理。 二.【主要仪器及设备】 1.光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm针孔的针孔滤波器组合两套。 2.扩束透镜（20~40 倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4.天津I 型全息干板，显影、定影设备和材料。 5.电子快门和曝光定时器一套。 三.【实验原理】 全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅）。当参考光波和物光波都是点光源且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅。有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。我们常采用马赫-曾德干涉仪光路。 （一）马赫-曾德干涉仪法 （1）光栅制作原理与光栅频率的控制 用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d(实验中常称为光栅常数) 。 图1相干光干涉形成光栅的示意图
物理与光电工程学院 光电信息技术实验报告 姓名：张皓景 学号：20111359069 班级：光信息科学与技术专业2011级2班实验名称：全息照相实验 任课教师：裴世鑫
一、实验目的 1．了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。 2．学习全息照相的拍摄方法和实验技术。 3．了解全息照相再现物像的性质、观察方法。 二、实验仪器 三、实验装置示意图 5底片 图1 全息照相光路 四、实验原理 全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光照明，利用干涉原理，把物体
在感光材料（全息干版）处的光波波前纪录下来，称为全息图。第二步利用衍射原理，按一定条件用光照射全息图，原先被纪录的物体光波的波前，就会重新激活出来在全息图后继续传播，就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体，而是与原物完全相同的一个三维像。 1．全息照相的纪录——光的干涉 由光的波动理论知道，光波是电磁波。一列单色波可表示为： 2cos(t )r x A πω?λ =+- （1） 式中，A 为振幅，ω 为圆频率，λ 为波长，φ 为波源的初相位。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加： 1 2cos(t )n i i i i i r x A πω?λ==+- ∑ （2） 因此，任何一定频率的光波都包含着振幅（A ）和位相（ωt+φ-2πr/λ）两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图（1）所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射(或透射)后照射到感光底片(全息干版)上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线／毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。 2．全息照相的再现——光的衍射 由于全息照相在感光板上纪录的不是被摄物的直接形象，而是复杂的干涉条纹，因此全息照片实际上相当于一个衍射光栅，物象再现的过程实际是光的衍射现象。要看到被摄物体的像，必须用一束同参考光的波长和传播方向完全相同的光束照射全息照片，这束光叫再现光。这样在原先拍摄时放置物体的方向上就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。如图2 所示把拍摄好的全息底片放回原光路中，用参考光波照射全息片时，经过底片衍射后有三部分光波射出。 0 级衍射光——它是入射再现光波的衰减。 +1 级衍射光——它是发散光，将形成一个虚像。如果此光波被观察者的眼睛接收，就等于接收了原被摄物发出的光波，因而能看到原物体的再现像。
实验5.5 全息照相 实验分析： 在这次光学实验中，拍出来的全息照片图像模糊，而且曝光范围小，基本算失败，对此我觉得我们必然在某处有错误，或者是由于实验仪器造成，因此我展开分析，实验失败原因可能有： 1.在曝光过程中有振动或位移，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.没有更好的调整好参考光和物光的光程差。参考光和物光的光 程差不能太大也不能太小, 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。 3.没有更好的调整好参考光和物光的夹角。假设全息干板上干涉 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关系为, 而干板分辨率 η 与d 的关系为。可以看出, θ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。而夹角θ对全息图再现像时的观察窗(视角) 有 影响, 夹角大, 可在较大范围内从不同角度观察物象, 反之, 观察窗则小, 因此夹角θ也不能太小。 4.光路中使用过多反光镜导致光强过小，从而影响干涉效果。
5.曝光时间没有控制得很好，曝光时间太长, 导致干板太黑, 光 线的透过率降低。 C C 6.在用清水清洗干版时水温没有严格控制在30-32，影响 实验结果。 7.在显影定影时，冲洗时间不够，导致成像范围过小，成像不清 晰。 实验结论： 实验中获得清晰的再现像的关键是要选用具有良好的相干性和稳定性的激光作为光源。光路的调整更是至关重要的。一个好的光路，既要使物光和参考光能够发生干涉，还要保证干涉条纹间隔清晰，反差合适。所以要首先调整好物光和参考光的光程，以保证干涉能够发生，然后再调整物光与参考光束之间的夹角及物光和参考光的光强比， 保证全息照片的清晰度和反差。另外，在曝光时系统要稳定。
全息照相实验报告 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示：
感光底板 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为 I(OR)(O*R*)OO*RR*OR*O*RIOIROR*O*R (式1) 式子中，O*与R*分别是O和R的共轭量;I。，IR分别为物光波和参考光波独立照射底版时的放光强度。 2.物相再现 3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令 t=透过光的复振幅/入射光的复振幅(式2) 则复振幅透过率t一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得 tt0KI (式3)
实验二 像面全息图的制作 一、实验目的 1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图。 2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处。 3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响。 二、实验原理 像面全息图或称聚焦像全息图。将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。 根据菲涅耳点源全息图理论，再现光源宽度的影响: i i p p z x x z ?=? （2-1） 式（2-1）中，i x ?为再现象在x 方向的展宽，p x ?为再现光源在x 方向的宽度，i p z z 、分别为再现象、再现光源与全息图之间的距离；而再现光源光谱宽度的影响: 0210()r i i r x x x z z z λλ??=±- （2-2） 式（2-2）中，2λ?为再现光源光谱宽度，1λ为拍摄全息图时激光的波长，0r x x 、分别为物体和参考光源与全息图平面在x 方向的距离，0r z z 、分别为物体和参考光源与全息图平面在Z 方向的距离，当000i z z →?→, 此时0i x ?→i x ?, 可克服上述二种影响，因此 可用白光再现。 像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时，物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度也随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时。再现光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。 全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现像点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的距离。可见，各波长的再现像将相互错开又交叠在一起，从而使像变得模糊不清，产生色模糊。当全息干板处于离焦位置(即不在成像面上)时，再现像的清晰度将下降。离焦量越大，再现像就越模糊不清。然而，像面全息图的特征，是物体或物体的像位于全息图平面上，因
目录 1 实验目的 (1) 2 实验原理 (1) 3 实验仪器 (3) 4 实验内容 (3) 4.1 一步彩虹全息真像纪录 (3) 4.2 方孔一步彩虹全息像的再现 (4) 5 实验结果 (4) 6 实验总结 (5) 7 感想体会 (6) 8 参考文献 (6)
方孔一步彩虹全息实验研究 1实验目的 1、了解像全息白光再现的原理及一步彩虹全息和像面全息的原理。 2、掌握一步彩虹全息图制作方法。 3、了解像面全息实验方法。 2 实验原理 像面全息图的拍摄用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种；一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。 赝像记录原理如图1所示。狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。用会聚光作参考光。 图1 一步彩虹全息赝像记录原理图
图2 一步彩虹全息真像记录原理图 真像记录原理如图2所示，狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。图3为彩虹全息真像纪录的参考光路。 图3 彩虹全息记录光路 S：激光器 SF：扩束镜 BS：分束镜 L1：成像透镜 M1、M2：放射镜 O：物体 H：全息干板 S1：狭缝 两种记录光路所拍摄的彩虹全息图，如用记录时的单色光再现，可以通过再现出的狭缝实像观察到所记录物体的明亮虚像（如图4）。用白光再现，则形成七色图像。
全息照相实验报告 班级：XXX ：XXX 学号：XXX 时间：XXX 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、曝光定时器及快门、扩束透镜（两个）、分束器、反射镜（两个）、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波（即物体上各点发出的光波的叠加），借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相（周相）分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示： 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O 表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R 表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R ，如图从而底板上各点的发光强度分布为 ********()()O R I O R O R OO RR OR O R I I OR O R =++=+++=+++ （式1） 式子中，O*与R*分别是O 和R 的共轭量；I 。，IR 分别为物光波和参考光波独立照射底版时 感光底板
*收稿日期:2001-9-20 像全息图的拍摄 赵鹏飞1邱大庸2 (11湛江师范学院物理系,广东湛江541001; 21重庆大学应用物理系,重庆市400044) 摘要为丰富近代物理实验教学内容,就作者设计并已开出的实验之一/像全息图的拍摄0实验 介绍实验原理、典型实验光路及实验步骤. 关键词白光再现;像全息 中图分类号:TB87711文献标识码:A文章编号:1003-7551(2001)04-0035-03 1引言 三维全息图因能记录物体的全部信息,具有无以伦比的观察效果而被迅速推广应用于科技及国民经济的众多领域。但是必须用激光照明再现而限制了它的进一步发展。为此,经科学家的辛勤耕耘,研制成功了用激光记录、白光再现的全息术,主要有反射全息、像全息、彩虹全息、全成全息。 白光再现全息术的特点是能够在白昼自然环境中或者在白炽灯光下观察到立体图像。精美的白光再现全息图已成为一种高雅的艺术品,以白光再现全息术为支柱的全息模压复制技术,现已形成全息印刷产业。 2实验目的 (1)了解用白光再现像全息图的原理。 (2)学习拍摄漫反射物体像全息图的方法。 (3)熟练掌握像全息图的再现规律,总结其特点。 3实验原理 在以前的实验中我们已看到,如果用白光照明三维全息图,只能看到一个模糊的彩色光团。这是因为三维全息图实质上是一块特殊的光栅,用白光照明时由于红、黄、绿,,各色光的衍射角不同而发生色散,如图1所示。图中画出了波长最长的红光和波长最短的紫光的两个像,其它各色光的像在这二者之间,它们都稍有错开又彼此重迭。所以,这种全息图是不能用白光再现的。 在图1中,$L表示红色像与绿色像错开的距离,称/色模糊量0。我们注意到$L的大小与再现像离开全息图H的距离有关。如果像离开全息图(亦即拍摄时目标物离开全息干版的距离)越远,则$L越大;反之,色模糊量$L就越小。倘若目标物就在干版上(即物距Z i y0)这种色模糊量便可忽略不计。也就是说各种颜色的像的位置几乎不错开,看上去是清晰的。但是这时怎样去照明物体?却发生了困难。 35 第4期像全息图的拍摄
光学全息照相实验报告
实验II 光学全息照相 光学全息照相是利用光波的干涉现象，以干涉条纹的形式，把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来，它是记录光波全部信息的一种有效手段。这种物理思想早在1948年伽柏（D.Gabor）即就已提出来了，但直到1960年，随着激光器的出现，获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛，另外还相应出现了微波全息，X光全息和超声全息等新技术，全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。 本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像，了解全息照相的基本原理及特点，学习拍摄方法和操作技术，为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。 实验目的
了解光学全息照相的基本原理和主要特点； 学习静态光学全息照相的实验技术； 观察和分析全息全图的成像特性。 仪器用具 全息台、He —Ne 激光器及电源、分束镜、全反射镜、扩束透镜、曝光定时器、全息感光底版等。 基本原理 全息照片的拍摄 全息照相是利用光的干涉原理将光波的振幅和相位信息同时记录在感光板上的过程.相干光波可以是平面波也可以是球面波，现以平面波为例说明全息照片拍摄的原理。如图1所示，一列波函数为t i ae y πυ21=、振幅为a 、频率为υ、波长为λ 的平面单色光波作为参考光垂直入射到感光板上。另一列同频率、波函数为t i r T t i Be be y πυλπ222==??? ??-的相 干平面单色光波从物体出发，称为物光，以入射角θ同时入射到感光板上，物光与参考光产生干涉，在感光板上形成的光强分布为 ax ab b a I cos 222++= (1)
128 实验十六 彩虹全息图的制作 实验目的 制作彩虹全息图并在白光下观察其再现像。 实验方法 第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。 第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。 这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。 实验光路如图3所示。 实验步骤 （制母板步骤省略） 1．首先按图3调好光路。 2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。（这时可挡掉R 2）。 3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。（可调连续分束镜或在参考光路中放置衰减镜）。 4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。曝光时间，He －Ne 激光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。 全息干板 图1 母全息图 图2 第二块全息图
129 5．经显影、定影和漂白后的干板在白光下观察其再现现象。 注意事项 1．狭缝大小和方向的选择： 狭缝大小选取由虹全息来说希望越窄越好。越窄色彩越纯，但太窄物光强太弱，不便观察，也不容易拍照。至于狭缝方向水平放置与垂直放置均可，只是观察时移动方向不同，依习惯而定。 2．制作彩虹全息图时，参 考光与物光光强比约为3:1。且参考光与物光夹角不宜过大，以免影响衍射效率。 3．观察彩虹全息图的再现像应注意再现条件：白光方向必 须是R 1*的方向，再者人眼须刚好置于狭缝原位置。 4．母全息图的制备可参考全息照相实验，为了便于再现实像和制作虹全息图，制作母全息图时物光与参考光的夹角不能太小，例如应在60?以上，物与干板的距离也应适当选择。 实验原理 下面我们稍微定量地讨论基元彩虹全息图的记录与再现。由于分析的记录光路是线性的，若只考虑一个物点I 0(x 0，y 0，z 0)即再现实像上的一点并 不失去其普遍性。在记录过程中，令记录所用的单 色光波长为λ，参考光的发散点是R (x r ，y r ，z r )。选择空间直角坐标系的x －y 平面在记录干板的药 膜面上，坐标原点与干板中心重合。如图4所示。 设在记录干板上物光和参考光的复振幅分别是U 0(x ，y )和U r (x ，y )，两者所形成的干涉图样的光 强分布是 * 00*2 202 0),(U U U U U U U U y x I r r r r +++=+= (1) 上式*号表示共轭复数。假设记录过程是线性的，彩虹全息图的振幅透射率t (x ，y )正比于 I (x ，y )： )(),(* 00*2 2 U U U U U U K y x t r r r +++= (2) 当处理好的虹全息图放回原记录位置，用波长为λ' ，发散点为R (x r ，y r ，z r )的单色光照 明，就能再现出物点的全息像I (x I ，y I ，z I )，物点与全息像点的关系由下面的式子给出： R 2狭缝H 1H 2 R 1*He －Ne 激光器 透镜反射镜反射镜 反射镜扩束镜扩束镜 准直镜(母全息干板) 图3 实验光路 I (x ,y ,z )R (x ,y , z ) H x y z 0 0 0 0 r r r 图4 全息图的记录 U 0 U r
全息照相实验报告 全息照相实验报告 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示： 感光底板 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为 I(O R)(O*R*)OO*RR*OR*O*R IO IR OR*O*R (式1) 式子中，O*与R*分别是O和R的共轭量;I。，IR分别为物光波和参考光波独立照射底版时的放光强度。 2.物相再现 3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令 t=透过光的复振幅/入射光的复振幅(式2) 则复振幅透过率t一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得 t t0KI (式3) 物象再现是用光照射已经摄制好的全息照片并观察透过光。这个过程称为波
信息光学实验 实验报告 班级 学号 姓名 教师 上课时间
填写实验报告的要求 1.实验前要认真预习实验内容，理解实验的原理。 2.实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真 填写实验报告。 3.在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。 4.对实验原理深入理解，认真回答课后思考题。 5.要求书写整洁，字体端正。
实验1 像面全息图 第一部分：预习 (一) 实验目的 1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图，为彩虹全息实验打下基础； 2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处； 3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响 (二) 实验光路 La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片(三) 实验原理 将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。像面全息图的记录光路如图所示。激光器发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜分成两束，透过的光束经反射镜射M2反射后被扩束镜扩束并照明物体，物体被成象透镜成像在全息干板上构成物光；M3反射的一束光被扩束镜扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。 像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时。物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时，再观光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。 全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的
全息照相实验报告 程子豪2010035012 少年班01 一、实验目的： 1．了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点； 2．学习全息照相的操作技术； 3．观察和分析全息图的成像特性。 二、实验原理： 2.1全息照相原理的文字表述： 普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。 全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 具体来说，全息照相包括以下两个过程： 1、波前的全息记录 利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着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位相信息。典型的全息记录过程是这样的：从激光器发出的相干光波被分束镜分成两束，一束经反射、扩束后照在被摄物体上，经物体的反射或透射的光再射到感光底片上，这束光称为物光波；另一束经反射、扩束后直接照射在感光底片上，这束光称为参考光波。由于这两束光是相干的，所以在感光底片上就形成并记录了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布的情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上将物光的信息都记录下来了，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图—全息照片。所以全息图不是别的，正是参考光波和物光波干涉图样的记录。显然，全息照片本身和原来物体没有任何相似之处。 2、衍射再现 物光波前的再现利用了光波的衍射。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，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像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。
光学设计性实验报告（一步彩虹全息） 姓名： 学号： 学院：物理学院
一步彩虹全息 摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。 关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现 1 光学实验必须要严密，尽可能地减少实验所产生的误差； 2 实验仪器 防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个 3 实验原理 3.1 像面全息图 像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。 像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。 3.2 彩虹全息的本质 彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连
全息实验报告 【背景】 全息术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。Dennis Gabor是全息照相技术的发明者，由此获得了诺贝尔物理学奖。自此，全息技术逐渐发展起来，近五十年来全息术的研究日趋广泛深入，逐渐开辟了全息应用的新领域，成为近代光学一个重要分支。现如今全息术已渗透到社会生活的各个领域,并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中，例如利用全息技术进行艺术品展示、防伪商标、3D全息显示屏等，在未来，全息技术还可能被用于全息电视。 【实验目的】 1.复习且巩固全息照相的基本原理与相片制作的处理方法。 2.掌握调节光路的方法。 3.掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图； 4.观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处；【实验仪器】 全息实验台，激光器，分束镜，反射镜，扩束镜，载物台，底片夹，被摄物体，全息干板，显影及定影器材，凸透镜 全息照相 【实验原理】
全息照相是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 全息照相过程：一.把物体光波的全部信息记录在感光材料上（记录过程）。二.照明已被记录下来的全部信息的感光材料，使其再现原始物体的光波（再现过程）。 实验光路图 【实验内容与步骤】 1．全息照相光路调整 按上图所示光路安排各光学元件，并作如下调整： （a）使各元件中心点对应的法线平行于桌面并且基本等高；