[实验目的]
了解全息照相的基本原理，学习拍摄全息图与再现立体图像的方法。
[实验原理]
全息照相是一种新型的照相技术。早在1948 年伽柏（D . Gabor ）就提出了全息原理。60 年代初激光的发明使全息技术得到迅速的发展，并在许多领域得到了广泛的应用。
无论从基木原理上，还是从拍摄和观察方法上，全息照相与普通照相都有本质的区别。普通照相基于几何光学的透镜成像原理，它所记录的是物通过透镜成像后，像平面上的光强分布，而失掉了光波的另一个信息——位相，因而只能呈现一个平面图像，而失去了立体感。全息照相是基于干涉、衍射的原理。它的关键是引入一束相干的参考光波，使其和来自物体的物光波在个全息干板处相干涉，底片上以干涉条纹的形式记录下物光波的全部信息—— 强度和位相，这就是全息照相名称的由来。经过显影定影等暗室处理后，底片上形成明暗相间的复杂的干涉条纹，这就是全息图。若用与参考光相同的光束以同样的角度照射全息图，全息、图上密密的干涉条纹相当于一块复杂的光栅，在光栅的衍射光中，会出现原来的物光波，能形成原物体的立体像。因此，全息照像可分为全息记录和波前重现两个基本过程，它们的本质就是干涉和衍射。 （一）.投射式全息照相
透射式全息照相是指重现时所观察的是全息图透射光的成像。下面对平面全息图的情况做具体的数学描述。
1.全息记录 设来自物体的单光波在全息干板平面（平面）上的复振幅分布为：
称为物光波。同一波长的参考光波在于平板平面上的复振幅分布为：
称为参考光波。平板上总的复振幅分布为：
干板上的光强分布为：
适当控制曝光量和冲洗条件，可以使全息图的振幅透过率t ( x , y ）与曝光量E （与光强I 成正比）成线性关系，
α，β为常数。这就是全息图的记录过程。
由上面的描述可知，底片上干涉条纹的反衬度为：
干涉条纹的间距则决定于（ΨR -ΨO ）随位置变化的快慢。对一定的ΨR ，АR 来说，干
涉条纹的明暗对比反映了物光波的振幅大小，即强度因子，干涉条纹的形状间隔反映了物光波的位相分布。因此底片记录了干涉条纹，也就记录了物光波前的全部信息——振幅和位相。
2 .波前重视 用与参考光完全相同的光束照射全息图，透过光的复振幅分布是：
将（2 ) , ( 6 ）式代入上式，整理得出：
（8)式中的第一项，具有再现光的特性，是衰减了的再现光，这是0级衍射。（8 ) 式的第二项，是原来的物光波乘一系数，它具有原来物光波的特性，如果用眼睛接收到这个光波，就会看到原来的“物”。这个再现象是虚像，称为原始像。（8 ) 中的第三项，具有与原物光波共扼的位相：exp（-iΨO ），说明它代表一束会聚光，应
形成一个实像。因为有一位相因子exp ( 2iΨR ）存在，这个实像不在原来的方向上。
这个像叫共扼像。通常把形成原始像的衍射光称为＋l 级衍射，把形成共扼像的衍射光称为一1 级衍射。
在参考光为球面波的情况下，重现光的点光源和原记录时参考光的点光源必须在相同位置（相对于底片），才能得到无畸变虚像。否则，重现像的位置不同于原来“物”的位置，重现像的放大倍数也不等于1 。照明点光源愈远，像愈大，反之像缩小。要得到无畸变实像，应以参考光的共扼光― 一束会聚在原参考光点光源的会聚光—— 照明底片。
3.体全息图
以上推导中假设乳胶层无限薄，全息图具有平面结构，但这仅在参考光与物光夹角很小（10 度左右）时是成立的。当物光和参考光夹角较大时，相近条纹的间距d 《 L( L为乳胶层厚度），这样的全息图具有立体结构，就是所谓的“体全息图”。其重现是三维衍射过程，衍射极大值应满足布喇格条件，（附图24 ）。重现时照明光必须以特定的角度入射，才能看到较亮的重现象。同时士1 级衍射不会同时出现，因而不能同时看到虚像和实像。
pvc文件袋（二）.全息照相的特点
由前面的讨论可见，与普通照相相比，全息照相主要有以下特点：
1 、普通照相只记录物光波的强度，全息照相则记录物光波的全部信息。因而普通照相得到的是二维平面图像，全息照相得到的是三维的立体像。
2 、普通成像中，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。因而，如果全息图被打碎，其中任一碎片均能再出现的像的全貌，只是分辨率有所降低。
[实验仪器]
1：He-Ne激光器L 13：二维干版架（SZ-18）
noyes2：激光器架（SZ-42）14：全息干版
3：升降调节座（SZ-03）15：三维平移底座（SZ-01）
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4：三维调节座（SZ-01）16：拍摄物体
5：分束器17：载物台（SZ-20）
6：干版架（SZ-12）18：通用底座（SZ-04）
7：二维架（SZ-07）19：升降调节座（SZ-03）
8：平面镜M1 20：扩束器（f ′= 4.5 mm）
9：二维平移底座（SZ-02）21：二维架（SZ-07）
应变测量10：二维平移底座（SZ-02）22：二维平移底座（SZ-02）
11：扩束器（f′=4.5 mm）23：平面镜M2
体外碎石机12：二维架（SZ-07）24：二维架（SZ-07）
图4 实验装置
[实验步骤]
1）按图4的相对位置放好各器件，拿下L1和L2，调等高。
2）使物光束与参考光束的光程近似相等，二者夹角在30°－40°之间。
3）调M1的倾角，使光束射在物的中间部位，调M2的倾角，使参考光束射在全息干版（暂以白板代替）的中部。
4）加入L1，调其支架并前后移动，使扩束镜恰好照全物体，加入L2，调其支架并前后移动，使参考光束对准白屏，与物光束的光强比在5:1－10:1之间。
5）将各磁性座指向ON，关闭照明灯，安装全息干版后，进行曝光，时间可控制在10－15s。在弱绿光下显影和定影，时间长短主要取决于药方和药液温度。
6）将清水冲过又经干燥处理的全息片面对扩束的激光，观察虚像和实像。 [附：显影液，定影液药品的配方]
显影液. 蒸馏水：( 50 度）5O0ml 米吐尔：2g 无水亚硫酸钠：90g 对显影液： D
19
苯二酚：8g 无水碳酸钠：48g 溴化钾：5g 加蒸馏水至I000ml
定影液：F5 定影液。 蒸馏水：( 50 度）8OOml 硫带硫酸钠：240g 无水亚硫酸钠：15g 冰醋（乙）酸：13 . 5g 硼酸（晶体）: 7 . 5g 钾矾：15g 加蒸馏水至I000ml
实验二 制作全息光栅
[实验目的]：
了解全息光栅原理，掌握制作全息光栅的方法
[实验原理]：
在全息干板上记录两列有一定火角的平面波的干涉条纹，经显影、定影等处理后就得到全息光栅。低空频的全息光栅可以采用图二十三所示的光路来制作。它主要由一块50 ％的分束镜S 、和一块全反射镜M 组成，中心光路构成一个三角形。扩束镜和准直透镜用以产生平行光。平行光射到S 上分成两束，这两束光经过反射后在全息干板P 上相遇发生干涉，若在此处放上白屏，可在其上观察到干涉条纹，如果条纹太细可用显微镜来观察。干涉条纹为等距直条纹，用记录介质全息干板放在干涉场中经曝光、显影、定影等处理就得到全息光栅。下面讨论光栅常数的控制方法。
如图5 所示I , Ⅱ 两束干光与P平面的法线交角θ1 和θ2，θ=θ1+θ2为两束光
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的会聚角。这两束相干的平行光相互叠加时产生等距的明暗相间的直条纹，干涉条纹的间距由下式决定：
当两束光对称入射即θ1=θ2=θ/2时
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