像面全息图的制作实验
激光全息照相实验报告
（3）
（4）
（5）
其中 为光波从P进行到Q和由R进行到Q的光程差。由图可见，当P点和Q点离z轴不太远，而且z1很大时， 可以由1/ z1一级近似求得
（6）
同理
（7）
可见干涉项产生的是明暗以 为变量按余弦规律变化的干涉条纹并被记录介质记录下来。由于这些干涉条纹在记录介质上各点的强度决定于物光波（以及参考光波）在各点的振幅与位相，因此记录介质上就保留了物光波的振幅和位相的信息。
用再照光γ照射这个全息片时，入射光受三维光栅衍射时所遵从的规律与x光在晶格中衍射的规律相同，它们都遵从布拉格公式。此时三维光栅的衍射等效于各银层反射光束的相干叠加，只有入射光线与银层的夹角和波长λ满足式（16）表示的布拉格公式时才存在干涉极大(此时，公式中的d为银层间距)，而且相对于银层而言，干涉极大的方向正好是入射光经银层反射后的反射方向，如图7所示，把图7和图6比较，不难发现这时干涉极大的方向正好是制作全息片时物光束的方向，因此在反射方向上得到的正是重建的物光束，对此方向可看到原物的三维虚像。
实验
物理科学与工程技术学院光信息科学与技术学号******** 陈海域
与材料物理 陈嘉平 合作完成
实验时间：2012/4/122012/4/19
地点：基础物理实验室激光全息照相实验室1号桌
【实验目的】
1．学习全息照相的基本原理和方法
2．了解全息照相的主要特点
3．学习观察全息照片的方法
【实验仪器】
全息照相的整套装置(PHYWE)，如图1所示:
如果用参考光波r和共轭光波r所谓共轭光波是传播方向和原来光波完全相反的光波是会聚于点源rrrzyxr的球面波照射全息片此时透过全息片的光波干涉项可仿照式1写成exp2exp020020araiariarraar??15式中等号右边第二项与原来物光波a的共轭光波a成正比由于a是会聚于原来物点所在位置的光束因此这一项所代表的衍射光束在原来物体所在的位置形成一个无畸变的实象如图4b所示从图b可以看到观察者好象是跑到原来物体的背后去观察而且能透过原来处于后面的部分看到前面的部分
实验7全息照相实验
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
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。
像面全息实验报告
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
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。
试验1像面全息图
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。
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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。