数字全息记录与光学实时再现实验
一、实验目的
1、理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现
2、理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现
3、理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现
4、理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同，通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现
掌握知识点：
传统全息术、数字全息、计算模拟全息、菲涅尔衍射、相干光干涉、空间光调制器、光学再现二、实验仪器（详细描述见技术指标）
固体激光器(机械调整结构) 一台；
空间滤波器组件(显微镜、针孔及机械调整结构) 一套；分光镜两个；
可调谐衰减片一个；准直透镜组件一对；CMOS图像探测器一个；透射式液晶空间光调制器一个；
注意：重点分析透射式记录光路
三、实验原理
计算机及CCD技术的发展直接推动了全息技术的革新。全息术已涉及形貌测量、微小物体检测、数字全息显微、防伪、医学诊断等许多领域。
传统光学全息实验是通过银盐干板或光致聚合物等记录全息图，拍摄过程对环境要求较高，冲洗过程繁琐。本实验在传统全息术基础上，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等全息技术。数字全息是用高分辨率CMOS记录全息图，并由计算机对全息图进行数字再现。计算模拟全息是通过计算机模拟全息图，并通过软件实现数字再现。光学实时再现是通过再现空间光调制器上的全息图实现的。通过在实验系统中引入光电成像器件以及数字图像处理技术的应用，对实现光信息专业学生的综合专业技能的培养具有重要意义。
本实验为典型的光信息实验，能全面培养学生的综合实验技能。实验内容丰富，知识点清晰，实验现象明显。不但能训练学生动手能力，而且能增强学生分析问题能力。教师还可根据具体情况，将计算模拟全息作为信息光学课程的演示实验。
图1 光路示意图
本实验在传统全息术基础上，根据菲涅尔衍射理论，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等典型全息技术。数字全息是通过干涉光路，用高分辨率数字摄像机替代干板记录干涉全息图，并由计算机模拟光场以数字的形式对全息图进行再现。计算模拟全息是利用计算机模拟物光和参考光通过计算获得模拟全息图，仍然通过计算机模拟光场实现数字再现。光学实现再现是将模拟全息图或数字全息图加载到空间光调制器，同时用参考光照射，在空间光调制器后面即可用白屏或CCD接收再现图像。
原理示意图：
透射全息光路示意图
反射全息光路示意图
光学实时再现光路示意图
光学实时再现光路示意图（II型配置）
四、实验效果展示：
技术指标：
⚫固体激光器：波长532nm，功率≥50mW；含激光夹持器、支座，磁座；三维调整；
⚫空间滤波器组件：40×显微物镜，10um，15um，25um针孔，高精度三维调节机构，微调精度0.002mm；
⚫光束准直组件：Φ30mm，f100mm透镜；含支杆，调节支座，磁座；三维调整；
⚫反射镜组件：Φ40mm 加强铝反射镜；含支杆，调节支座，磁座；三维调整；
⚫分光光楔组件：配Φ50.8mm，T:R=5:5@450~650nm，45°入射，楔角4°±3，楔面450~650nm 宽带增透分光光楔；含支杆，调节支座，磁座；三维调整；
⚫全息照相物：配照相物相关夹持机械件；
⚫图像传感器：CMOS，靶面尺寸1/1.8″，灵敏度1.6v@550nm/Lux/s,帧率15帧/秒，分辨率1280*1024，USB2.0；含支杆，调节支座，磁座；
⚫空间光调制器组件：透射式空间光调制振幅相位混合调制，分辨率1024X768，靶面尺寸
0.9inch，对比度1000：1(532nm) 2000：1（633nm），显示速度60Hz，光谱范围400nm—700nm
（I型配置）；
五、课后思考题：
1、数字全息记录是否需要考虑参考光与物光之间的夹角？为什么？
2、数字全息与传统全息相比，优缺点是什么？
特别提醒：
1、激光器开机顺序，先打开电源开关，再旋转on键，停一秒后，出光。
2、关闭激光器，先将旋钮转到off，再关闭电源开关。
3、不要直视激光光源，整个实验过程中，请不要坐在实验台附近。
4、调节光路时，使用衰减片，并佩戴护目镜。
5、调节光路前，请摘除手表等具有反射功能的配饰，使用反射元件时，注意光线的方向，勿将强光照射到人身上，特别是眼睛。
【实验技巧及注意事项】
1、光路布置与调整
布置光路时应注意下列问题：
1）从分束镜到记录平面中心，参与干涉的物光与参考光两者的光程对记录物体的中心部位应保持相等。
2）物光和参考光两者的夹角应与记录截止的分辨率相时应。
3）干板架尽可能放在光学实验台的边缘附近，便于在暗室中安防或取下全息干板。
4）激光束与实验台面平行，高度适中；保证所有的光学元件的光轴都在同一个水平线上。
5）安置扩束镜(不加针孔)时，应使其射出的光斑中心与激光束的中心重合；使用准直镜时，应在激光束未扩束前使透镜中心的位置与激光束中心重合，办法使观察透镜两表面反射的一系列光点是否位于同一条直线上(该直线应与入射的细激光束重合)。
6）各光学元件的机械性能要稳定，并用随时固定在实验台上或者导轨上。
2、激光防护
由于激光的功率密度大，亮度高，在调整光路和实验过程中，都要特别注意激光对人眼存在的潜在危险。绝对不可用眼睛直视细激光束，不要使细激光束指向任何人的眼部附近。还要注意避免二次光(包括反射光、折射光和漫反射光)对人眼的伤害。不可以在激光照射的情况下移动任何反射镜、透镜和能量计探头等。因此在操作前应认真检查实验台上所有光学元件的位置，一切不必要的镜面物体以及任何带闪亮表面的物体都应远离光路。调整反射镜时，不要让激光束向四处反射，更不允许将激光束瞄准任何人体、动物、车辆、门窗和填空等，以免伤害他人。对于由此带来的对目的物的损害，操作者负有法律责任。
不得在未停机或确认储能元件均已放电完毕的情况下，检修激光设备，避免造成点击伤害。
