實驗十六 彩虹全息圖的制作

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1、實驗十六彩虹全息圖的制作實驗?zāi)康闹谱鞑屎缛D并在白光下觀察其再現(xiàn)像。實驗方法第一步：對被照物體制作一個普通的全息圖H1，叫母全息圖，見圖1。第二步：將已做好的全息圖H1用R1*照明再現(xiàn)物體實像，利用此實像作為物（物光），加上參考光R2及狹縫制作出第二塊全息圖H2。這第二塊全息圖H2，具有彩虹的性質(zhì)，也就是在用R2*再現(xiàn)時，眼睛放在狹縫位置上可以看到物體的像，若在白光下再現(xiàn)，人眼沿著與狹縫垂直的方向改變觀察方向，可看見不同顏色、五彩繽紛的像，如圖2所示。實驗光路如圖3所示。實驗步驟（制母板步驟省略）1．首先按圖3調(diào)好光路。2．放上已作好的母全息圖，用R1*再現(xiàn)原物體實像，可

2、在實像處放一毛玻璃觀察。（這時可擋掉R2）。3．擋住物光，調(diào)節(jié)參考光R2，使參考光R2與物光波光強比約為3:1。（可調(diào)連續(xù)分束鏡或在參考光路中放置衰減鏡）。4．擋住光源，在實像面處放上全息干板，待穩(wěn)定后進行曝光。曝光時間，He－Ne激光器功率40mW，天津Ⅰ型全息干板為20秒左右，GYT型干板為90秒左右。1315．經(jīng)顯影、定影和漂白后的干板在白光下觀察其再現(xiàn)現(xiàn)象。注意事項1．狹縫大小和方向的選擇：狹縫大小選取由虹全息來說希望越窄越好。越窄色彩越純，但太窄物光強太弱，不便觀察，也不容易拍照。至于狹縫方向水平放置與垂直放置均可，只是觀察時移動方向不同，依習(xí)慣而定。2．制作彩虹

3、全息圖時，參考光與物光光強比約為3:1。且參考光與物光夾角不宜過大，以免影響衍射效率。3．觀察彩虹全息圖的再現(xiàn)像應(yīng)注意再現(xiàn)條件：白光方向必須是R1*的方向，再者人眼須剛好置于狹縫原位置。4．母全息圖的制備可參考全息照相實驗，為了便于再現(xiàn)實像和制作虹全息圖，制作母全息圖時物光與參考光的夾角不能太小，例如應(yīng)在60°以上，物與干板的距離也應(yīng)適當(dāng)選擇。實驗原理下面我們稍微定量地討論基元彩虹全息圖的記錄與再現(xiàn)。由于分析的記錄光路是線性的，若只考慮一個物點I0(x0，y0，z0)即再現(xiàn)實像上的一點并不失去其普遍性。在記錄過程中，令記錄所用的單色光波長為λ，參考光的發(fā)散點是R(xr，yr

4、，zr)。選擇空間直角坐標系的x－y平面在記錄干板的藥膜面上，坐標原點與干板中心重合。如圖4所示。設(shè)在記錄干板上物光和參考光的復(fù)振幅分別是U0(x，y)和Ur(x，y)，兩者所形成的干涉圖樣的光強分布是(1)上式*號表示共軛復(fù)數(shù)。假設(shè)記錄過程是線性的，彩虹全息圖的振幅透射率t(x，y)正比于I(x，y)：(2)當(dāng)處理好的虹全息圖放回原記錄位置，用波長為λ'，發(fā)散點為R(xr，yr，zr)的單色光照明，就能再現(xiàn)出物點的全息像I(xI，yI，zI)，物點與全息像點的關(guān)系由下面的式子給出：131(3)(4)(5)從上面的式子很容易看出，當(dāng)λ＝λ'時再現(xiàn)的全息像點與記錄的物點位置重

5、合。即再現(xiàn)光同參考光相同的情況下，原物點的再現(xiàn)波前將由公式(2)的第三項給出。若在R(xr，yr，zr)點放置波長為l1的點光源再現(xiàn)上述的虹全息圖后，除了形成一般全息圖所有的全息像點I01之外，還將形成一個與之相對應(yīng)的狹縫實像IS1，如圖5(a)所示。觀察者看到全息像點I01'的條件是瞳孔D落在從IS1出射的衍射光場中，而最佳的觀察位置是D落在IS1處。這好比人們隔窗觀景，越是靠近窗戶景視場也越大。若用具有兩個波長l1和l2的再現(xiàn)光源，這時再現(xiàn)光被虹全息圖衍射成為兩個空間錯開顏色不同的全息像點I01、I02和與之對應(yīng)的兩個狹縫像IS1、IS2，如圖5(b)所示。只要IS1和

6、IS2分離的尺寸大于人眼瞳孔直徑D，就可以通過IS1和IS2分別看到波長為l1和l2的兩個全息像點I01和I02。將這一概念推廣到點白光源照明虹全息圖的情況。由于波長是連續(xù)變化的，每一波長都在不同的位置上形成它自己的全息點和相應(yīng)的狹縫像。于是全息像點按光源的光譜彌散成了一條線段，狹縫的全息像也按光源的光譜彌散成為一個六面體，如圖5(c)131所示。在這種情況下，因瞳孔具有一定的線度D，在固定的觀察位置上，觀察者只能看到一個準單色l＋Dl(Dl＝l'－l)的全息像點，沿鉛直方向改變觀察位置，將相繼地看到不同準單色的全息像點。雖然彩虹全息照相也是一種離軸透射式全息照相，但它與普

7、通的離軸全息照相比較可找出它自己的特點。1．記錄特點和普通全息照相記錄光路相比，彩虹全息照相光路中引入了一條狹縫，物光束必須經(jīng)過狹縫才能到達記錄干板上，因此狹縫（或像）相當(dāng)于記錄光路系統(tǒng)中的入射光瞳，它允許狹縫方向的物信息通過，使這個方向的視差被保留下來，而垂直于狹縫方向的物信息絕大部分被限制住，丟掉了垂直于狹縫方向的視差。在普通全息照相中，被記錄物體上每點的信息均記錄在整個全息圖上，而在彩虹全息照相中，被記錄物體上每點的信息在虹全息圖上只是記錄在對應(yīng)的DH寬的區(qū)域內(nèi)。所記錄的干涉圖樣在平行于狹縫的方向上條紋的空間