全息照相实验报告

全息照相实验报告 一、实验目的 了解全息照相的基本原理，掌握全息照相实验的基本操作技术。

拍摄漫反射三维物体的全息图，并进行再现观察，分析全息图的特点。

二、实验原理 全息照相是利用光的干涉和衍射原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，从而形成与原物体逼真的三维像。

它不仅记录了物体光波的强度信息（振幅），还记录了物体光波的相位信息，这是与普通照相的本质区别。

全息记录：在拍摄全息图时，由激光器发出的激光束被分光镜分成两束，一束直接照射到记录介质（全息干版）上，称为参考光；另一束照射到被拍摄物体上，经物体表面反射或透射后再照射到全息干版上，称为物光。

物光和参考光在全息干版上发生干涉，形成复杂的干涉条纹，这些干涉条纹就记录了物光的全部信息。

全息再现：当用与参考光相同的光束照射全息图时，由于全息图上的干涉条纹相当于一个复杂的衍射光栅，照明光经过全息图的衍射，会产生多个衍射分量。

其中，+1 级衍射波与原物光波前相同，观察者迎着 +1 级衍射波方向观察，就可以看到在原物体位置处呈现出与原物体一模一样的三维虚像；-1 级衍射波则形成一个实像，可以用光屏接收。

三、实验仪器 He-Ne 激光器、分光镜、反射镜、扩束镜、被拍摄物体、全息干版及暗盒、防震平台、显影液、定影液、定时器、暗室设备等。

四、实验步骤 （一）全息记录 布置光路 在防震平台上按照预先设计的光路图布置各个光学元件。

使激光器发出的激光束水平射出，经分光镜分成两束，一束光（参考光）经反射镜反射后，再经扩束镜扩束，均匀地照射到全息干版上；另一束光（物光）经反射镜反射和扩束镜扩束后，照射到被拍摄物体上，经物体表面漫反射后，也照射到全息干版上。

调整各光学元件的位置，使物光和参考光在全息干版上的夹角约为 30° - 60°，并且物光和参考光的光程大致相等（光程差一般不超过 5cm）。

用一张白纸放在全息干版的位置，观察物光和参考光在白纸上的光斑分布，调节各光学元件，使物光和参考光均匀重叠在白纸上，且光强比约为 1:3 - 1:5（可通过调节分光镜的分光比例或反射镜的角度来实现）。

曝光 将全息干版装入暗盒，注意乳胶面朝向光线入射方向，然后将暗盒固定在全息干版架上。

关闭室内灯光，待防震平台稳定后（一般需等待几分钟），打开激光器电源，让光路稳定 1 - 2 分钟。

根据激光器的功率和物光、参考光的光强，选择合适的曝光时间（一般为几秒到几十秒），使用定时器控制曝光时间，曝光过程中要保持整个系统绝对稳定，避免任何震动。

冲洗全息干版 曝光结束后，在暗室的红灯下取出全息干版。

先将全息干版放入显影液中进行显影，显影温度控制在 20℃左右，显影时间根据显影液的配方和浓度而定，一般为 1 - 2 分钟，显影过程中要轻轻晃动显影液，使显影均匀。

显影结束后，用清水快速冲洗一下全息干版，然后放入定影液中定影，定影时间约为 5 - 10 分钟，定影过程同样要轻轻晃动定影液。

定影结束后，用清水将全息干版冲洗干净，然后晾干。

至此，全息图制作完成。

（二）全息再现 虚像观察 将制作好的全息图放回原来拍摄时的位置，挡住物光，用与参考光相同的激光束沿原参考光方向照射全息图。

观察者站在全息图的另一侧，透过全息图向原物体方向观察，就可以看到在原物体位置处呈现出与原物体一模一样的三维虚像。

改变观察角度，可以看到物体不同侧面的形象，如同原物体就在那里一样。

实像观察 在全息图的另一侧，用一块毛玻璃屏在适当位置接收 -1 级衍射波形成的实像。

移动毛玻璃屏的位置，可以找到一个清晰的实像，实像的大小和位置与原物体关于全息图对称。

五、实验数据记录与处理 本次实验主要是定性观察全息图的记录和再现过程，未涉及具体的数据测量和计算。

但在实验过程中，应记录以下信息： 光路布置参数：如分光镜的分光比例、各反射镜和扩束镜的位置、物光和参考光的夹角、光程差等。

曝光时间：记录实际采用的曝光时间，以及在不同曝光时间下全息图的成像效果（如清晰度、对比度等）。

显影和定影时间：记录显影液和定影液的配方、显影和定影的时间，以及不同显影和定影时间对全息图质量的影响。

六、实验结果与分析 全息图记录结果：成功拍摄出了物体的全息图，全息干版上记录了清晰的干涉条纹。

在拍摄过程中，发现光路的稳定性对全息图的质量影响很大，即使微小的震动也可能导致干涉条纹模糊不清。

此外，物光和参考光的光强比以及曝光时间的选择也至关重要，光强比不合适或曝光时间过长、过短都会影响全息图的清晰度和对比度。

全息图再现结果：通过再现实验，能够清晰地观察到物体的三维虚像和实像。

虚像具有明显的立体感，从不同角度观察可以看到物体不同侧面的细节，这充分体现了全息照相能够记录物体光波相位信息的特点。

实像也能够在光屏上清晰成像，进一步验证了全息图再现的原理。

误差分析：实验过程中可能存在的误差来源包括： 光路搭建过程中，各光学元件的位置调整不够精确，导致物光和参考光的光程差、夹角等不符合理想要求，影响全息图的质量。

曝光过程中，防震平台可能存在微小的震动，或者曝光时间控制不够准确，这些都会对全息图的记录产生影响。

冲洗全息干版时，显影和定影的时间、温度控制不当，也可能导致全息图的质量下降。

七、实验结论 通过本次全息照相实验，我们成功地掌握了全息照相的基本原理和实验操作技术，拍摄了漫反射三维物体的全息图，并实现了全息图的再现观察。

实验结果表明，全息照相能够记录物体光波的全部信息，再现出与原物体逼真的三维像，具有独特的优点。

同时，实验过程中也让我们深刻体会到了光路稳定性、光强比、曝光时间、显影定影等因素对全息图质量的重要影响。

在今后的学习和研究中，我们可以进一步探索全息照相技术在更多领域的应用。

八、实验心得与体会 在本次全息照相实验中，我不仅学到了全息照相的理论知识和实验技能，还培养了严谨的科学态度和动手能力。

实验过程中，光路的搭建和调整需要耐心和细心，每一个光学元件的位置稍有偏差都可能影响实验结果。

在拍摄全息图时，要确保整个系统的绝对稳定，这让我明白了实验环境和条件的重要性。

此外，冲洗全息干版的过程也充满了挑战，显影和定影时间的把握直接关系到全息图的质量。

通过不断尝试和调整，我逐渐掌握了合适的时间参数，最终成功得到了满意的全息图。

通过这次实验，我深刻认识到物理实验不仅仅是验证理论知识，更是培养实践能力和创新思维的重要途径。

在今后的学习和工作中，我将继续保持对实验的热情，不断提高自己的实验技能和科学素养。