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实验71全息照相实验71 全息照相实验全息照相实验一、实验目的1）通过实验加深理解全息照相的基本原理以及实验方法；2）掌握全息照片的制作方法；3）正确观察全息虚像和实像，领会并总结全息照相的特点及其与普通照相的本质区别；3）通过光路布置过程，熟悉和掌握各种光学元件的特性及其使用方法。
二、实验仪器氦—氖激光器、定时器、扩束透镜、分束镜、反射镜、白屏、干板、磁性表座、相片冲洗液、烧杯、量筒三、实验原理全息照相是以光的干涉和衍射理论为基础的波前记录和再现技术。
普通照相可以对物体的光强进行记录和保存，小至显微镜下的图像，大至星体的图像，它已在人类生活和科学研究等方面获得了广泛的应用，并且正在不断地提高和发展。
1947年英国科学家盖伯在提高电子显微镜的分辨率研究中提出了“光学成像的一种新的两步方法”为全息照相的发展奠定了理论基础。
由于当时没有一种良好的相干光源因而进展缓慢。
直到1960年以后激光的出现为全息照相提供了相干性良好的光源才获得了迅速发展。
1962年美国科学家利思用激光作光源并引入离轴参考光束的方法拍摄了第一张具有实用价值的全息图，此后，全息照相技术得到了迅猛的发展。
除激光全息外，还发展了超声全息、微波全息、红外全息等，并在军事、科研、生产、艺术记录等方面得到广泛应用。
（一）全息照相的原理全息照相是和普通照相具有本质区别的一种显示物体三维图像的照相技术，它具有真正的视差和大景深，因此有真正的立体感。
普通照相是把从物体表面发出或反射的光经透镜会聚成像，用感光胶片把像记录下来。
由于现有的光记录介质的响应时间比光波振动的周期长得多，因此都只能记录光强——光波振幅的平方，而不能直接记录光波的位相，所以它不能得到三维的图像。
全息照相不仅记录了物体光波的振幅，同时也记录了它的位相，这种方法能把物体光波波前的全部信息都记录下来，所以称为“全息照相”，也称为波前记录。
利用光的衍射原理可把物体光波还原再现出来。
全息照相不仅要记录物体光波的振幅，而且还要记录位相，而记录介质只对光的强度（振幅的平方）敏感，因此必须把位相也转换成振幅信息并把它记录下来。
像面全息实验报告像面全息实验报告摘要：本实验旨在探究像面全息技术的原理和应用。
通过制作全息照片和观察全息图的效果，我们深入了解了像面全息的工作原理，并探讨了其在科学、艺术和商业领域中的潜在应用。
引言：全息技术是一种能够记录并再现物体三维信息的方法，它在科学、艺术和商业领域都有着广泛的应用。
像面全息技术是其中一种重要的全息技术，它通过将物体的全息图投射到特定的像面上，使得观察者可以从不同角度观察到物体的三维效果。
本实验旨在通过制作全息照片和观察全息图的效果，深入了解像面全息技术的原理和应用。
材料与方法：1. 激光器：用于产生相干光源，保证全息图的清晰度和稳定性。
2. 全息板：用于记录物体的全息图。
3. 物体：选择具有丰富细节和形状的物体，如一朵花或一个小雕塑。
4. 全息投影仪：用于将全息图投射到像面上。
5. 观察屏幕：用于观察全息图的效果。
实验步骤：1. 准备工作：将激光器、全息板和物体放置在合适的位置，确保光路的稳定和物体的清晰度。
2. 录制全息图：将激光器的光束照射到物体上，使其反射光束照射到全息板上。
调整光路和物体的位置，使得全息图的记录能够包含物体的全部细节。
3. 投影全息图：将全息板放置在全息投影仪中，调整投影角度和焦距，使得全息图能够清晰地投影到像面上。
4. 观察全息图：将观察屏幕放置在合适的位置，从不同角度观察全息图的效果。
注意观察图像的立体感和细节。
结果与讨论：通过实验，我们成功地制作了全息照片，并观察到了全息图的效果。
全息图呈现出了物体的立体效果，观察者可以从不同角度看到物体的不同部分。
这得益于像面全息技术的原理，即将全息图投射到特定的像面上，使得观察者可以从不同角度观察到物体的三维效果。
像面全息技术在科学领域有着广泛的应用。
例如，在生物医学研究中，全息图可以用于观察细胞和组织的三维结构，帮助科学家更好地理解生物系统的运作原理。
在物理学研究中，全息图可以用于模拟和研究光的传播和干涉现象，为光学实验提供了新的工具和方法。
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。
一、实验目的1. 理解像面全息的基本原理。
2. 掌握像面全息图的制作方法。
3. 通过实验观察并分析像面全息图的特性。
4. 了解像面全息技术在光学领域的应用。
二、实验原理像面全息是一种利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物体光波波前信息的技术。
它通过将物体光波和参考光波在感光材料上形成干涉条纹，从而记录下物体的光波振幅和相位信息。
当再现光波照射到全息图上时，通过衍射现象，可以观察到物体的三维立体像。
实验原理主要包括以下几个方面：1. 干涉原理：当两束相干光波相遇时，它们会相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这些干涉条纹包含了物体光波的振幅和相位信息。
2. 衍射原理：当光波通过全息图时，由于全息图上的干涉条纹，光波会发生衍射，从而再现出物体的三维立体像。
三、实验仪器与材料1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 显影及定影器材四、实验步骤1. 搭建实验装置：按照实验要求，搭建好全息实验台，将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等设备安装到位。
2. 设置实验参数：根据实验要求，调整激光器的功率、分束镜的角度、反射镜的位置等参数。
3. 拍摄全息图：- 将被摄物体放置在载物台上，调整其位置和角度，确保物体位于激光光路中。
- 将全息干板放置在底片夹中，确保其平整无皱褶。
- 启动激光器，调整曝光时间，使物体光波和参考光波在干板上形成干涉条纹。
- 完成曝光后，将干板取出，进行显影和定影处理。
4. 观察与分析：- 将制作好的全息图放置在载物台上，调整观察角度，观察全息图的再现像。
- 分析再现像的立体感、清晰度等特性。
五、实验结果与分析1. 再现像的立体感：通过实验观察，发现制作好的全息图在再现时具有较好的立体感，可以观察到物体的三维立体像。
2. 再现像的清晰度：再现像的清晰度与实验过程中的参数设置有关。
例如，激光器的功率、曝光时间、全息干板的质量等因素都会影响再现像的清晰度。
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．学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图实验原理一．透射式全息照相1.全息记录将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，即记录了底片所在位置物光波前的振幅和相位光可看作由物体上各点所发出的球面波的叠加。
P(x0,y0,z0)发出的球面波为设感光底片所在平面为z＝0，则此平面上物光波前为若参考光为一束平面波，其传播方向在y－z 平面上，且与底片法线成α角，z＝0 处参考光波前可表示为底片上总复振幅分布为底片上的光强分布则为以上式得或适当控制曝光量及显影条件，可以使全息图的振幅透过律t与曝光量E（正比于光强I）成线性关系，即式中t0和β为常数。
全息照相和普通照相的区别：（1）普通照相中，物通过透镜成像在底片上，物、像之间有点点对应关系。
全息照相中不用成像透镜，物、像之间不存在点点对应关系。
物上每一点发出的球面波照在整个底片上。
反之，底片上每一点又记录了所有物点发出的光波。
（2）普通照相中，底片记录的是光强分布，而全息底片记录的则是物光和参考光的干涉条纹光强有极大值光强有极小值干涉条纹的反衬度γ定义为对于一定的参考光（Ar为已知），γ取决于A0。
干涉条纹的反衬度γ反映了物光振幅A0，而干涉条纹的间距则决定于φ0−φr随位置变化的快慢。
也就是说，对一定的φr来说，干涉条纹的间距和取向反映了物光波前的相位分布φ0(x,y)因此底片记录了干涉条纹，也就是记录了物光波前的全部信息－振幅A0和相位φ0整个物是由无数个点光源所组成，因而整个全息图就是无穷多个球面波与参考波干涉所组成的复杂干涉条纹。
2．物光波前的重现用一束与参考光完全相同（即波长和方向相同）的平面波照在全息图上，则在z＝0平面上全息图透射光的复振幅分布为将之前式子代入得到这样，透过全息图以后z＝0平面上波前可以分成为上式所表示的三项。
第一项0级衍射，平面波。
第二项＋1级衍射，重现了和原来物体发出的光波完全一样的波前，虚像，球面发散波。
数字像面全息实验数字像面全息技术可获得物体的数字显微图像,故也可称为数字显微像面全息技术，其在微观结构测量领域的应用研究具有重要意义。
它具有分辨率高、快速、非接触、无损的特点。
数字显微全息技术已发展为一种新的微观领域的测试工具, 并已应用于微机电系统/微电子机械系统检测、生物细胞测量、微观粒子成像和跟踪和聚合物粒子生长检测等领域。
数字全息过程包含两个过程:数字全息记录和数字虚拟再现。
在数字全息物理记录过程中,数字显微全息光路系统通常分无透镜系统和有透镜系统。
有透镜系统通常利用显微物镜将物体放大,将放大像看作记录物体,用CMOS （或CCD ）光敏器件数字记录微观物体放大像的物光波与参考光波的干涉场所形成的全息图,并用计算方法，计算出全息图的衍射场，数字再现得到微观物体放大的再现像。
通过对微观物体放大再现像的振幅和相位信息的定量测量,实现了对微观物场的定量测量。
当CMOS （或CCD ）光敏面置于成像系统像面上时,所记录的全息图就是物体的像面全息图。
本实验从理论上对数字像面全息进行了分析,以给出实验的理论依据。
实验目的1． 了解数字像面全息原理及其应用。
2． 记录和再现微小物体的数字像面全息图，并观察和分析获得的数字再像像。
实验原理1．数字像面全息图的记录显微像面全息记录光路的分析图如图1所示。
物体经0M 放大成像,放大的物光波与参考光波在CMOS 光敏面上干涉,并被其记录,形成物体的数字全息图。
为了便于分析,现只讨论一维情况。
忽略透镜的孔径效应,在费涅尔近轴近似条件下,记录在CMOS 上的物光波分布为o (x )={exp j k ( z 1 + z 2–d )/[2λ( z 2- d )z 1]}2/1⎰⎰o ( x 1)exp[j 12z k (x 0–x 1)2]× exp[- j f k 2x 02]exp[j )(22d z k -（x –x 0 )2]dx 1dx 0 (1) 式中,O ( x 1 ) 物场振幅透过率。
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距离。
全息摄影实验实验报告全息照相实验实验报告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45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:x?Acos(?t???2?r?) (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:x??Acos(?it??i?i?1n2?ri?i) (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。
实验三、四二步彩虹全息图的记录与再现[实验目的]1、了解二步彩虹全息图的原理；2、掌握二步彩虹全息技术中母全息图的制作方法；3、进一步掌握全息光路的设计和排布技巧；4、学会分析全息再现像的质量。
[仪器用具]激光器，反射镜（若干），分束镜（2套），针孔滤波器（3套），大孔径非球面透镜，毛玻璃，平晶，量角器，干板架，曝光定时器，照度计，被记录的目标物，全息干板[实验原理]请参阅《信息光学基础》p218—p221 “三、彩虹全息”[实验内容]二步彩虹全息图的记录包括两个步骤：“实验三”完成第一步：记录主全息图H1；“实验四”完成第二步：记录彩虹全息图H2。
一、光路的设计和排布请根据彩虹全息原理和实验台具体情况，分别设计记录H1的光路1和记录H2的光路2。
要求：对物体采用双光束照明。
提示：最好设计一种两用的光路，只需移动少量光学元件，即可从光路1改变到光路2。
光路设计原则是：1）应保证全息平台和支架的稳定，因为全息图记录的是干涉条纹，这种条纹的密度一般是每毫米几百条，甚至上千条，以至轻微的震动都会影响全息图的质量。
所以在记录过程中，环境的震动应尽可能小，而且在对全息干板曝光之前要静台至少两分钟；2）光学元件必须调到共轴，光束走向应相对于台面保持平行，以获得一致的偏振态，避免相干不完全；3）对物体照明要均匀，物体散射的光要照射在全息干板上。
对于表面光亮的物体最好用散射光照明；4）选取合适的物参夹角。
为了观察时方便，避免再现时照明光的干扰，应使再现光的入射角大一些，但由于记录介质分辨率的限制，角度也不能太大，对于银盐干板，一般取θ< 45°；5）选取合适的物参光强比,通常取（I R/I O）∈(1/2,1/10) 。
由于物光是漫射光，物光之间的干涉也会在记录介质上产生干涉条纹，这将对成像条纹起干扰调制作用，降低正常条纹的对比度，使I R< I O可相对降低这种调制的影响；二、制作彩虹全息图要求：1、第一次实验课，利用自行设计的光路1，记录主全息图H1；2、第二次实验课，利用上一次记录成功的H1，在光路2中完成H2的记录。
实验27 全息照相技术一、实验目的1、学习和掌握全息照相的基本原理；2、掌握全息照相的实验技术；3、了解全息图的基本性质、观察并总结全息照相的特点。
４、学会制作彩虹全息图和反射全息图；５、掌握制作原理，并体会它们在拍摄与再现方法上与一般全息照相的同异点。
二、仪器及用具光学平台、白光全息实验仪三、实验原理1．全息照相原理普通照相是把从物体表面上各点发出的光（反射光或散射光）的强弱变化经照相物镜成像，并记录在感光底片上，这只记录了物光波的光强（振幅）信息，而失去了描述光波的另一个重要因素——位相信息，于是在照相底片上能显示的只是物体的二维平面像。
全息照相则不仅可以把物光波的强度分布信息记录在感光底片上，而且可以把物波光的位相分布信息记录下来，即把物体的全部光学信息完全地记录下来（如图1），然后通过一定方法重现原始图1 全息图记录物光波既再现三维物体的原像。
这就是全息照相的基本原则，由三维物体所构成的全息图能够再现三维物体的原像。
全息照相的基本原理是利用相干性好的参考光束R和物光束O的干涉，将物光波的振幅和位相信息记录在感光底片上，即以干涉条纹的形式记录下来。
在底片上所记录的干涉图样的微观细节与发自物体上各点的光束对应，不同的物光束（物体）将产生不同的干涉图样。
因此全息图上只有密密麻麻的干涉条纹，相当于一块复杂的光栅，当用与记录时的参考光完全相同的光以同样的角度照射全息图时，就能在这块“光栅”的衍射光波中得到原来的物光波，被记录在全息片的物光波就能再现，通过全息图片就能看见一个逼真的虚像在原来放置物体的地方（尽管原物体已不存在），这就是全息图的物光波前再现。
全息照相的基本条件是：(1)参考光束和物光束必须是相干光(因此需用激光来作为照相光源，且一般使物光程与参考光程相当)。
(2)记录介质（底片的感光乳胶）要有足够的分辨率和对所使用的激光波长有足够的感光灵敏度。
记录介质的分辨率通常以每毫米能分辨明暗相间的条纹数来表示。
像全息图与一步彩虹全息图【实验目的】1. 掌握像面全息图的记录和重现原理, 并制作一张像全息图, 在白光下观察其重现像；2. 掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法, 并制作一张一步彩虹全息图, 在白光下观察其重现的准单色像。
【实验仪器】He-Ne 激光器(40 mW 左右) 1台反射镜 1 个电子快门 1 个干板架 2 个分束镜 1 个待拍摄物体 1 个扩束镜 2 个载物平台 1 台Ø100 准直镜 1 个观察屏 1 个Ø100 成像透镜 1 个全息干板若干小块【实验原理】1. 像全息图将物体靠近记录介质, 或利用成像透镜使物体成像在记录介质附近, 或者使一个全息图重现的实像靠近记录介质, 都可以在引入参考光后记录到像全息图。
当物体的像正好位于记录介质面上时, 得到像面全息图。
它是像全息的一种特例。
在记录像全息图时, 如果物体靠近记录介质,则不便于引入参考光, 故通常采用两种成像方式产生像光波: 一种方式是采用透镜成像, 如图1所示;图1 像全息图的透镜成像记录方式另一种方式则是利用全息图的重现实像作为像光波, 这时需要对物体先记录一张菲涅耳全息图H1, 然后用原参考光波的共轭光波R* 照明全息图H1 , 重现出物体的实像O* , 再用此实像作为物记录像全息图H2。
因此第二种方式包括二次全息记录与一次全息重现, 过程比较繁杂。
本实验中只研究像全息图的第一种记录方式。
由于像面全息图是把成像光束作为物光波来记录, 相当于“ 物”与全息干板重合, 物距为零, 因此当用多波长的复合光波( 如白光)重现时, 重现像的像距也相应为零, 各波长所对应的重现像都位于全息图上, 将不出现像模糊与色模糊。
因此, 像全息图可以用扩展白光光源照明重现, 观察到清晰的像。
2. 彩虹全息图彩虹全息是像全息与狭缝技术相结合的产物, 因此彩虹全息图也和像全息图一样, 可以用白光照明重现物体的像。
彩虹全息图又分为一步彩虹全息图与二步彩虹全息图, 本实验研究一步彩虹全息图。
实验16 像全息图与一步彩虹全息图【实验目的】1、掌握透镜成像记录像全息图的原理，并制作一张像全息图，用白光再现观察其再现像。
2、掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法，并制作一张一步彩虹全息图。
【实验仪器】He-Ne激光器一台(30mW左右)；扩束镜2只；φ100准直镜1只；φ100成像透镜1只；分束镜1只；观察屏1个；干板架1个；电子快门1个；待拍摄物体1个；载物平台一个；全息干板若干小块【实验原理】彩虹全息是一种白光透射全息图，它是由美国麻省理工学院教授本顿(Benton)于1969年首先提出的，后经美国宾夕法尼亚州立大学著名的美籍华人教授、光学专家杨振寰的进一步研究，有很大发展。
制作彩虹全息图的方法有两种，一种是本顿最初提出的二步法彩虹全息，另一种是杨振寰后来提出的一步法彩虹全息。
目前，彩虹全息技术已日益实用化，有商品在欧美市场出售。
此外，彩虹全息技术可以用来产生真彩色的全息像，永久性地保持彩色底片。
本实验将进行一步彩虹全息图的制作。
一步彩虹全息图在本质上是一种像面全息图，是像全息与狭缝技术相结合的产物。
为此，我们先对像面全息图作一简介。
图5-16-1 制作像面全息图的一种光路按图5-16-1所示光路拍摄的全息图即为像面全息图。
它与普通全息图的不同之处，是利用物体的像（而不是物体本身）与参考光发生干涉来记录全息图，再现像的位置就在全息图平面附近，可以用白光再现。
一步彩虹全息图与像面全息图在制作时的差别主要是，前者要在记录光路中适当的位置第 5 页插入一个狭缝，当再现物体的像时，狭缝的像也被再现出来。
如果用白光照射，当眼睛在狭缝像的位置观察时，可以看到物体相应于狭缝色彩（由红到蓝，可以由眼睛或全息图的移动而全部看到）的彩色像，故名彩虹全息图。
图5-16-2即为一步法制作彩虹全息图的光路，狭缝位于物体和成像透镜之间，既可置于透镜焦点之内，也可置于透镜焦点之外。
前一种情况使狭缝像与狭缝在透镜的同一侧；后一种情况使狭缝像在透镜的另一侧，得到物体的像是赝实像。
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）。
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 pz 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 rx 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。
信息光学实验指导材料实验二一步像面全息图的记录与再现[实验目的]1、掌握一步像面全息图的记录原理和方法；2、进一步了解全息记录介质—银盐干板的特性和处理方法；3、熟练掌握全息实验光路的调节方法。
[实验仪器]全息防震平台（3m×1.4m），激光器，反射镜（若干），分束镜（2台），透镜，针孔滤波器（3套），载物台，干板架，毛玻璃，全息干板，照度计。
[实验原理]像面全息图是一种可用白光再现的全息图，它记录的是物体的几何像，换言之，是把成像光束作为物光波，相当于“物”与全息干板重合。
白光再现时，各波长所对应的再现象在空间几乎重叠，把像模糊抑制在最低水平。
像面全息图再现时可得到立体感很强的像。
“一步像面全息”是指被记录物体的几何像是用透镜成像法直接得到的，因而只需一步即可完成。
其记录与再现原理如图3-1、图3-2所示。
图3-1中物O经透镜L成像在全息干板上，R为参考光。
当O和R在干板同侧时记录透射像全息图，在异侧时记录反射像全息图。
此外，干板的位置可以稍有离焦，可以在像面之后，也可以在像面之前，再现时可观察到不同的效果图3-1 图3-2[实验内容]一、光路的设计与排布1、设计：根据一步像面全息图的制作原理，请自行设计记录透射像面全息图的实验光路。
请将光路图画在预习报告上，并说明设计思路。
光路设计的原则是：1）所有光束必须出自同一台激光器；2）充分利用全息防震平台的面积，光路的排布应以方便操作为宜；3）尽可能少用光学元件，以免引入能量损失和波面畸变；4）从效果出发，宜用双光束照明物体，以获得较好的立体感；5）为获得较大视场角，宜用大孔径透镜成像（实验室提供的透镜孔径为130mm，焦距为500mm）；6）选取合适的物光和参考光夹角，一般取300-450为宜；7）选取合适的路径，使所有相干光等光程。
2、光路的排布：根据所设计的光路图，在防震台上排布光路。
请把光路排布中遇到的问题、解决的思路和办法写在实验报告中。
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
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罢了。
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，再现时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。
如果在本实验中，参考光不是从全息干板的乳剂面入射，而是从全息干板的背面入射，则所得到的全息图既是像面全息图，又是反射全息图，称之为反射像面全息图。
反射像面全息图具有反射全息图的特性，当用自光再现时，随着入射角的不同，再现像将呈现不同的颜色。
三、实验光路与内容
像面全息图有多种光路，介绍以下两种常用的光路：
参考光路一：
光路说明：像面全息图的记录光路如图2-1所示。
激光器L a发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜BS分成两束：透过BS的光束经反射镜M2反射后被扩束镜L01扩束并照明物体（物体可用硬币或小瓷物），物体被镜头L成像在全息干板上构成物光；被BS反射的一束光经反射镜M3，反射后被扩束镜L02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。
图2-1 像面全息图记录光路一
L a——激光器；M1~M3——反射镜；K——光电开关；BS——分束镜；
L——镜头；L01、L02——扩束镜；H——全息干板
参考光路二：
光路说明：图2-2也是一种像面全息的记录光路．激光束通过曝光定时器的光开半之后，至分束器BS，反射光束又被平面镜M1反射，经过扩束器L01扩束后照亮物体，该物体由透镜L成像在全息感光板H上；而透过BS的光束被平面镜M2反射，再被扩束器L02扩束，作为参考光束到达H，与物光束相干，记录于感光乳胶层。
图2-2 像面全息图记录光路二
L a——激光器；M1、M2——反射镜；K——光电开关；BS——分束镜；
L——镜头；L01、L02——扩束镜；H——全息干板
四、实验仪器
光学平台，He-Ne激光器，溴钨灯，曝光定时器，薄透镜，反射镜，光电开关，分束镜，扩束镜，全息干板，小物品，载物台，安全灯，直尺，细线，小白屏；
五、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。
BS最好采用分束比可连续调节的渐变分束镜。
成像透镜L选用大相对孔径的照明物镜，以增大物光强度和再现像的清晰范围。
2．调整光路
选择其中一条光路按照光路图拼搭和调整光路。
通过移动反射镜调整参考光的光程，使参考光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°之间。
全息干板H应位于物体的共轭面(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1:1成像。
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BS，使参考光与物光的光束比为2:l~4:l。
4．曝光记录
在暗室中裁片、装架，稳定一分钟后进行曝光。
曝光时间10s左右，显影时间与定影时间可根据室温相应调整，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R10漂白液(A液、B液l：l配制)进行漂白处理，把黑色部分消除后再稍做浸泡，水洗数分钟后凉干，即得到相位型像面全息图。
6．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，再现时可以用一个灯丝稍集中的溴
钨灯，按记录时参考光的方向照明。
记录时也可改用平行光作为参考光，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(二维物体)或跨立在全息图平面上(三维物体)。
六、思考题
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，试利用它来制作该物体的像面全息图。
要求画出原理性的光路图，并叙述制作步骤。
3．试设计一个拍摄反射像面全息图的光路。
