光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(一步彩虹全息)

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

2、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)

3、  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)狹縫像來(lái)看物體的像，以實(shí)現(xiàn)白

4、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

5、記錄光路有兩種；一種是贗像的記錄光路，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

6、一簇從紅到紫連續(xù)錯(cuò)開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：

7、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 

8、     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，

9、然后取片清洗  5、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,

10、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

11、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)； 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，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

12、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； 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 m2.5 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

13、，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。