光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、光學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告（一步彩虹全息）姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：物理學(xué)院一步彩虹全息摘要彩虹全息是用激光記錄全息圖, 是用白光再現(xiàn)單色或彩色像的一種全息技術(shù)。彩虹全息術(shù)的關(guān)鍵之處是在成像光路( 即記錄光路 ) 中加入一狹縫 , 這樣在干板上也會(huì)留下狹縫的像。本文研究了一步彩虹全息圖的記錄和再現(xiàn)景象的基本原理、一步彩虹全息圖與普通全息圖的區(qū)別和聯(lián)系、一步彩虹全息的實(shí)驗(yàn)光路圖，探討了拍攝一步彩虹全息圖的技術(shù)要求和注意事項(xiàng)，指出了一步彩虹全息圖的制作要點(diǎn) , 得出了影響拍攝效果的佳狹縫寬度、最佳狹縫位置及曝光時(shí)間對(duì)彩虹全息圖再現(xiàn)像的影響。關(guān)鍵詞：一步彩虹全息；狹縫；再現(xiàn)1 光學(xué)實(shí)驗(yàn)必須要嚴(yán)密，盡可能地減少實(shí)驗(yàn)所

2、產(chǎn)生的誤差；2 實(shí)驗(yàn)儀器防震全息臺(tái) 激光器 分束鏡 成像透鏡 狹縫 干板架 光學(xué)元件架若干 干板備件盒 洗像設(shè)備一套 線繩 輔助棒 擴(kuò)束鏡 2 個(gè) 反射鏡 2 個(gè)3 實(shí)驗(yàn)原理3.1 像面全息圖像面全息圖的拍攝是用成像系統(tǒng)使物體成像在全息底板上，在引入一束與之相干的參考光束，即成像面全息圖，它可用白光再現(xiàn)。再現(xiàn)象點(diǎn)的位置隨波長(zhǎng)而變化，其變化量取決于物體到全息平面的距離。像面全息圖的像（或物）位于全息圖平面上，再現(xiàn)像也位于全息圖上，只是看起來(lái)顏色有變化。因此在白光照射下，會(huì)因觀察角度不同呈現(xiàn)的顏色亦不同。3.2 彩虹全息的本質(zhì)彩虹全息的本質(zhì)是要在觀察者與物體的再現(xiàn)象之間形成一狹縫像，使觀察者通過(guò)狹

3、縫像來(lái)看物體的像，以實(shí)現(xiàn)白光再現(xiàn)單色像。若觀察者的眼睛在狹縫像附近沿垂直于狹縫的方向移動(dòng) ,將看到顏色按波長(zhǎng)順序變化的再現(xiàn)像。若觀察者的眼睛位于狹縫像后方適當(dāng)位置 , 由于狹縫對(duì)視場(chǎng)的限制 , 通過(guò)某一波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的狹縫只能看到再現(xiàn)像的某一條帶 , 其色彩與該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng) , 并且狹縫像在空間是連續(xù)的。觀察者所看到的物體像具有連續(xù)變化的顏色 , 像雨后天空中的彩虹一樣 , 因此這種全息圖稱為彩虹全息圖。一步彩虹全息圖的記錄光路是在三維照相的光路中，在記錄干板與物體之間插入一個(gè)成像透鏡和一個(gè)水平狹縫，把物體和狹縫的像一次記錄下來(lái)，由于狹縫放置的位置不同，一步彩虹全息圖的記錄光路有兩種；一種是贗像的記錄

4、光路，一種是真像記錄光路。3.2.1 贗像的記錄光路狹縫緊貼成像透鏡后面放置，成像透鏡只對(duì)物體成實(shí)像對(duì)狹縫不成實(shí)像，狹縫位于透鏡焦點(diǎn)之內(nèi)在焦點(diǎn)外成虛像。用會(huì)聚光作參考光。3.2.2 真像的記錄光路狹縫和物體 O 均放在透鏡 L 的焦點(diǎn)以外，狹縫位于物體和透鏡之間。成像透鏡對(duì)物體和狹縫均成實(shí)像，二者的像均在透鏡的另一側(cè)，物體的實(shí)像和狹縫的實(shí)像分別成在記錄干板的前邊和后邊，物體的像離全息干板近一些。3.3 彩虹全息真像紀(jì)錄的參考光路3.4 彩虹全息再現(xiàn)白光被全息圖衍射后即形成一簇從紅到紫連續(xù)錯(cuò)開(kāi)排列的彩色物像和色彩分立的狹縫實(shí)像。由于狹縫像限制了衍射物光的傳播方向和觀察范圍，觀察者的瞳孔對(duì)準(zhǔn)某一狹

5、縫像只能看到一個(gè)準(zhǔn)單色物像，所以狹縫起了濾波器的作用，有了它，彩虹全息圖才可以用白光再現(xiàn)。但是因視角受透鏡孔徑限制，狹縫又只允許一定方向和范圍的物光通過(guò)，所以再現(xiàn)像只保留了沿縫方向的透視效果。4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟一步彩虹全息圖的記錄與再現(xiàn)1、設(shè)計(jì)光路，如圖3 所示；2 、布置和調(diào)整全息光路；（1）調(diào)激光束與工作臺(tái)面平行（ 2）調(diào)所有光學(xué)元件處于等高同軸位置處：使用輔助棒將所有元件調(diào)至等高且使各光學(xué)元件的表面與激光束的主光線垂直即同軸（ 3）按設(shè)計(jì)的光路圖擺設(shè)光路調(diào)整物光路和參考光光路，先不放狹縫和兩個(gè)擴(kuò)束鏡。構(gòu)建好光路的整體框架。對(duì)于物光光路加入成像透鏡L 以后，在 L 的后方用毛玻璃尋找物

6、體的實(shí)像。透過(guò)L 看實(shí)像，沿光軸方向移動(dòng)物體，調(diào)整物距和像距，使人眼恰好能看到整個(gè)實(shí)像。調(diào)整好后在實(shí)像后面一定位置放置干板架。同時(shí)使參考光可以直接照射在玻璃片上分別在物光路和參考光路中放入擴(kuò)束鏡加入狹縫 S，狹縫的寬度約 1.5mm 左右，通過(guò)狹縫的像觀察物體的實(shí)像是否完整，若狹縫的像左右不全，可適當(dāng)加大狹縫寬度或更換較小的物體調(diào)整 M2 的位置，使參考光光程和物光光程相等，且參考光與物光的夾角大約在 30 度到 45 度之間參考光與物光的光強(qiáng)比在4： 18 ：1 間選擇3、曝光 9 秒4、沖洗先在顯影液中顯影至底片上黑白十分清晰后，放入清水中清洗，再在定影液中定影約 5 分鐘，然后取片清洗5

7、、再現(xiàn)。用白光源再現(xiàn)彩虹全息像。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)臺(tái)的擺放情況如下圖：實(shí)驗(yàn)最后在燈光下看到的結(jié)果如下：6 注意事項(xiàng)1 、一定要使用輔助棒將各光學(xué)元件調(diào)到等高同軸位置處；2 、擺光路圖時(shí)光線要在同一高度 , 否則所測(cè)量的光程有誤差 ; 物光光程與參考光要近似相等 , 并盡可能地減小測(cè)量誤差。若誤差大 , 在記錄干版上將記錄不到物光和參考光的干涉條紋；3 、參考光與物光的夾角大約在30 度到 45 度之間；4 、物像和底片的距離要大概是是兩倍焦距，物體呈的像正好打在底片上，形成等大倒立的實(shí)像；5 、由于狹縫的作用 , 物光明顯減弱 , 需很好地調(diào)整物光與參考光的光強(qiáng)比。物光不能太弱 , 否則干涉條紋

8、的對(duì)比度會(huì)下降。要盡可能使物光增強(qiáng) , 以縮短曝光時(shí)間。曝光時(shí)間愈長(zhǎng) , 對(duì)全息臺(tái)的穩(wěn)定性要求愈高。如果曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng) ,干涉條紋漂移 , 將記錄不到清晰的干涉條紋；6 、雜散光要擋掉 , 否則干涉條紋的對(duì)比度下降, 再現(xiàn)時(shí)將得不到清晰的物體像；7 、曝光時(shí) ,嚴(yán)禁有任何振動(dòng) ,否則會(huì)引起干涉條紋偏移, 若干涉條紋偏移條紋間距的一半時(shí) , 將記錄不到干涉條紋；8 、顯影時(shí) ,要控制好顯影時(shí)間。顯影時(shí)間既不能過(guò)短,也不能過(guò)長(zhǎng)。顯影時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)都會(huì)影響再現(xiàn)像的清晰度；9 、定影要充分；7 實(shí)驗(yàn)討論1、一步彩虹全息圖與全息照相和像面全息的區(qū)別與聯(lián)系全息照相：是物反射的光與參考光發(fā)生干涉；使用激光再現(xiàn)

9、；像面全息：是光通過(guò)物與干板之間放的凸透鏡成的像與參考光發(fā)生干涉；使用白光就可看見(jiàn)，但是效果并不明顯；一步彩虹全息：在像面全息的凸透鏡與物之間放一個(gè)狹縫，起到空間濾波的作用，使衍射光與參考光發(fā)生干涉；使用白光就可再現(xiàn)；同時(shí)，彩虹全息和像面全息均可以用白光照明再現(xiàn)。二者的區(qū)別是像面全息的記錄成 像光束的像面與記錄干版的距離非常小 ,而彩虹全息則沒(méi)有這種限制。 2、彩虹全息圖的特點(diǎn)：（ 1）可以用白光再現(xiàn)；（ 2）再現(xiàn)像呈現(xiàn)彩虹狀的彩色，但再現(xiàn)像的色彩與原物體的色彩無(wú)關(guān)，而僅與再現(xiàn)照明光包含的波長(zhǎng)組分有關(guān)。例如：用白熾燈照明和用日光燈照明，得到的彩虹效果有很大差異；（ 3）彩虹全息屬于假彩色全息；

10、8 實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、狹縫愈窄 , 再現(xiàn)像顏色愈純。但是狹縫過(guò)窄, 物光太弱 , 會(huì)給記錄帶來(lái)麻煩。一般狹縫寬度取1.5m m 2.5 m m 左右較為適宜；2、透鏡位于物體像與狹縫像之間, 再現(xiàn)時(shí) , 眼睛所看到的是透鏡與狹縫共同作用的效果；3、曝光量及顯影時(shí)間需很好地控制;4、光程應(yīng)適中，光程太長(zhǎng)空氣散射會(huì)影響效果；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保持防震臺(tái)的穩(wěn)定性； 5、彩虹全息術(shù)的關(guān)鍵之處是在成像光路（即記錄光路）中加入一狹縫。這樣在干板上也會(huì)留下狹縫的像。當(dāng)用白光再現(xiàn)時(shí)，可以限制再現(xiàn)光，降低像模糊、減少噪聲、提高被攝 物的成像質(zhì)量；9 實(shí)驗(yàn)總結(jié)第一次做全息照相時(shí)，理論和實(shí)際操作中有一些接不上，并沒(méi)有意識(shí)到等高同軸的調(diào)節(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)的重要性，在操作上有一些失誤；經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)們的幫助進(jìn)一步了解了實(shí)驗(yàn)要領(lǐng) ，能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。第二次做實(shí)驗(yàn)時(shí)（彩虹全息）對(duì)等高同軸調(diào)的非常好，參考光和物光的光程大致相等，夾角適宜，同時(shí)使物與成像透鏡距離大概是兩倍焦距，物體呈的像正好打在底片上，形成等大倒立的實(shí)像。增大曝光時(shí)間至 9 秒，同時(shí)在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，最后拍出了成功的一步彩虹全息圖。10 感想體會(huì)雖然這次實(shí)驗(yàn)并不是特別困難，但在實(shí)驗(yàn)中我們