一步彩虹全息实验研究

光学设计实验

一步彩虹全息

学生姓名： 指导教师：

所在学院： 物理学院 所学专业： 物理学

中国·长春 20 13 年 06 月

一步彩虹全息 摘要

彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。

关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现

Abstract

Rainbow holographic recording a hologram with a laser, is white monochrome or color image reproducing holographic rainbow holography technique. The key is that the imaging light path (i.e., the recording light path) in adding a slit, so that the dry board will leave the slit image. This paper studies the step rainbow hologram recording and reproducing scenes of the basic principles of step rainbow hologram with the ordinary hologram differences and connections, step rainbow holography experiments optical path diagram, discusses filming step rainbow holograms technical requirements and considerations ,pointed out that a step rainbow hologram production elements, obtained affect the shooting of the best slit width, the best slit position and exposure time on the rainbow hologram reproducing like effects.

Key words: one-step rainbow holography；slit ；reappear

1 引言

由于全息图具有三维形象、弥漫性、可复制性和多重记录等特点。在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、信息存储、遥感，研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程(如爆炸和燃烧)等各个方面获得广泛应用。因此，引起人们广泛的研究。在彩虹全息图的制作中，不论是两步法还是一步法，均需在被摄物与干板之间加一狭缝，或者移动物体或移动透镜或二者同时移动形成等效狭缝，拍成的全息图对再现光源相干性会降低，可在白光下再现。本文就一步彩虹法分别研究了光程、缝宽、狭缝的位置、分束镜分束比以及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。并对所得结果进行了分析讨论。

2 实验仪器

防震全息台 激光器 分束镜 成像透镜 狭缝 干板架 光学元件架若干 干板备件盒 洗像设备一套 线绳 辅助棒 扩束镜2个 反射镜2个

3 实验原理

3.1 像面全息图

像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。

像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。

3.2 彩虹全息的本质

彩虹全息是用激光记录全息图, 用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。

彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。用白光照明再现时, 狭缝像和物体像的位置随波长连续变化。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连续的。观察者所看到的物体像具有连续变化的颜色, 像雨后天空中的彩虹一样, 因此这种全息图称为彩虹全息图。

一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种；一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。 3.2.1 赝像的记录光路

狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。用会聚光作参考光。

图1 一步彩虹全息赝像记录原理图

3.2.2 真像的记录光路

狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。

图2 一步彩虹全息真像记录原理图

3.3 彩虹全息真像纪录的参考光路

图3 彩虹全息记录光路

S：激光器 SF：扩束镜 BS：分束镜 L1：成像透镜 M1、M2：放射镜 O：物体 H：全息干板 S1：狭缝

3.4 彩虹全息再现

白光被全息图衍射后即形成一簇从红到紫连续错开排列的彩色物像和色彩分立的狭缝实像。由于狭缝像限制了衍射物光的传播方向和观察范围，观察者的瞳孔对准某一狭缝像只能看到一个准单色物像，所以狭缝起了滤波器的作用，有了它，彩虹全息图才可以用白光再现。但是因视角受透镜孔径限制，狭缝又只允许一定方向和范围的物光通过，所以再现像只保留了沿缝方向的透视效果。

图4 彩虹全息再现

4 实验内容及操作步骤

一步彩虹全息图的记录与再现

1、设计光路，如图3所示； 2、布置和调整全息光路； （1）调激光束与工作台面平行

（2）调所有光学元件处于等高同轴位置处：使用辅助棒将所有元件调至等高且使各光学

元件的表面与激光束的主光线垂直即同轴 （3）按设计的光路图摆设光路

①调整物光路和参考光光路，先不放狭缝和两个扩束镜。构建好光路的整体框架。对

于物光光路加入成像透镜L以后，在L的后方用毛玻璃寻找物体的实像。透过L看实像，沿光轴方向移动物体，调整物距和像距，使人眼恰好能看到整个实像。调整好后在实像后面一定位置放置干板架。同时使参考光可以直接照射在玻璃片上

②分别在物光路和参考光路中放入扩束镜

③加入狭缝S，狭缝的宽度约1.5mm左右，通过狭缝的像观察物体的实像是否完整，若

狭缝的像左右不全，可适当加大狭缝宽度或更换较小的物体

④调整M2的位置，使参考光光程和物光光程相等，且参考光与物光的夹角大约在30度到45度之间

⑤参考光与物光的光强比在4：1~8：1间选择 3、曝光9秒 4、冲洗

先在显影液中显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

约5分钟，然后取片清洗 5、再现

用白光源再现彩虹全息像

5 实验结果

实验台的摆放情况如下图：

实验最后在灯光下看到的结果如下：

6 注意事项

1、一定要使用辅助棒将各光学元件调到等高同轴位置处；

2、摆光路图时, 光线要在同一高度, 否则所测量的光程有误差; 物光光 …… 此处隐藏：3595字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……