文档介绍：全息照相
全息照相术是一种新的信息记录和显示方法,与传统的照相术有着完全不同的概念。传统的照相术是以几何光学为基础,采用光学透镜把物体的像成像于底片上。物与像有着一一对应的关系。全息照相则以物理光学理论为基础,无需光学透镜,而使物体发出的光波直接照射到全息底片上,应用光波干涉原理,将物体光波的全部信息记录在全息底片上,制成全息图。它所记录的不是物体的像,而是记录了反映物体光波特性的振幅和位相。因而在全息图上看不到物体的像,看到的只是物体光波和参考光波干涉所形成的条纹。为了再现原来物体的光波,还需要用与参考光相似的相干光束照射全息图,通过全息图上干涉条纹的衍射作用,能再现出与原始物体光波相同的光波,透过全息图可看到原来物体的像。
全息相照除了具有三维成像特点外,还可在一张底片上重复记录若干不同物体的信息而不会使再现像互相重叠,因此用途很广。目前在精密干涉计量、光测应力分析、全息无损检验、光学信息处理、信息存储、显微光学、集成光学等各个方面都得到广泛应用。
实验目的
1. 了解全息照相的基本原理。
2. 学会调节光路,并摄制全息照片。
实验原理
全息照相以光波干涉原理为基础。其基本思想是要把待测物体的漫反射光波的全部信息(振幅和位相)记录在感光乳胶上。但现有的记录介质仅对光强有响应。这就需要把位相信息转换成光强的变化。用干涉法可做到这点,即把振幅和位相已知的相干波和未知的相干波一起照射到全息底片上,使两个波的波前叠加,产生干涉,如图1(a)所示。因此,照射到全息底片上的总光强取决于未知相干波前的振幅和位相。这样就达到了记录被测物体的全部信息的目的。下面以平面波为参考光波和照明光波的情况作具体讨论。
(a) (b)
图1 全息照相原理
(a)记录(b)再现
如图1(a),设参考光波为
(1)
物光光波为
(2)
式中和分别为参考光和物光波的振幅,和分别代表它们的位相分布。假若参考光和物光同时照射全息底片,则在干版上参考光和物光的合光场分布为
(3)
合光场作用在干版上,而感光乳胶只对光强有反应,干版上的光强为光振幅的平方,其为
(4)
式中为的共轭复数,即
(5)
所以有
(6)
将式(1)(2)、(5)代入(6)式,则有
+ (7)
由上式可见,物光波的振幅及相位已经以光强的形式被记录下来。全息底片所接受的曝光量等于光强与曝光时间t的乘积,即
(8)
该干版经显影、定影处理后,便制成为一张全息图。因曝光时间t对全息干版而言,它不是坐标 x,y的函数,而是一个常量,只对全息干版产生均匀感光,故全息底片上记录的明、暗条纹就代表了合光场的分布。
2. 再现过程
由式(6)所决定的全息图具有一定的振幅透射率,即全息图的透明区允许光通过的成分多一些,而阴暗区允许光通过的成分少一些。把透射光的振幅与照射光的振幅之比定义为振幅透射率。显然,振幅透射率是全息图曝光量E的函数
的函数形式与全息底片乳胶特性有关。曝光量E与振幅透射率T之间的关系曲线如图2所示。从曲线可以看出,它是非线性函数,但曲线中间部分却似近地成线性关系。当全息底片在曝光时位于T—E曲线的线性部分时,则透射率就与曝光量成线性关系,即
(9)
其中m为常数。将(6)式代入上式可得
(10)