福建師大2014-12級光信息綜合實驗-最終稿

1、福建師范大學(xué)光電與信息工程學(xué)院光信息綜合實I2014年9月福建師大光電與信息工程學(xué)院信息技術(shù)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)中心光信息實驗平臺講義目 錄光信息綜合實驗教學(xué)大綱I實驗一 PSD傳感器實驗5實驗二 光纖位移傳感器實驗10實驗三 光纖壓力傳感系統(tǒng)特性實驗14實驗四 彩色編碼攝影及光學(xué)/數(shù)字彩色圖像解碼實驗17實驗五 菲涅耳全息的記錄與再現(xiàn)24實驗六 像面全息圖的記錄與再現(xiàn)30實驗七 一步彩虹全息33實驗八 晶體電光調(diào)制實驗37實驗九 晶體聲光調(diào)制實驗41實驗十磁光調(diào)制實驗44實驗十一基于液晶光閥的光學(xué)信息處理48實驗十二光的干涉和衍射實驗63實驗十三 計算全息光學(xué)實驗71實驗十四 全息圖衍射效率的測量

2、實驗77實驗十五可調(diào)氦氖多譜線激光器實驗79實驗十六 激光器偏振、縱模和模競爭實驗95實驗十七 激光高斯光束變換與測量105光信息綜合實驗教學(xué)大綱一、實驗?zāi)康呐c基本要求光信息綜合實驗是為光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和信息工程專業(yè)開設(shè)的，是一門與講授課程同樣重要的獨立課程。通過實驗，可以學(xué)習(xí)和掌握基本的實驗技能、實驗原理和實驗方法，訓(xùn)練綜合運用各課知識，培養(yǎng)獨立思考、分析問題、解決問題的能力，同時培養(yǎng)促進(jìn)知識創(chuàng)新和拓展的能力。實驗教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，并且實驗課程所具有的獨特的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)目的是不能用理論思維能力來代替的。通過本實驗課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生融會貫通所學(xué)知識，深入理解工程光學(xué)

3、的基本原理和基本應(yīng)用；進(jìn)一步拓寬現(xiàn)代光學(xué)的知識面；掌握基本的實驗方法、實驗技術(shù)及工程應(yīng)用；熟悉常用光學(xué)和電子器件的配置、調(diào)整、組合等實驗技術(shù)，并能對結(jié)果進(jìn)行綜合分析和評價；提高用實驗方法綜合研究光學(xué)問題的能力。光信息綜合實驗課程要求分以下三個階段。（1）預(yù)習(xí)。這是實驗前的課前準(zhǔn)備階段。根據(jù)實驗?zāi)康?，學(xué)習(xí)實驗指導(dǎo)書中的實驗原理和書本有關(guān)內(nèi)容，參考指導(dǎo)書中的實驗方法，擬出實驗方案，列出實驗步驟，畫好實驗數(shù)據(jù)的記錄表格。（2）實驗。首先按照實驗方案選取安裝與調(diào)整儀器及部件，這是實驗的關(guān)鍵。實驗過程中必須認(rèn)真觀察現(xiàn)象，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。測試時還需記錄原始數(shù)據(jù)，若有可疑之處須反復(fù)測試，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律。

4、（3）撰寫實驗報告，撰寫實驗報告也是一種實驗?zāi)芰涂茖W(xué)總結(jié)能力的培養(yǎng)。二、實驗項目內(nèi)容與學(xué)時分配序號實驗項目名稱實 驗 內(nèi) 容學(xué)時實驗要求實驗類型每組人數(shù)1PSD傳感器實驗1.測量PSD傳感器位移值與輸出電壓值并分析其關(guān)系；2.學(xué)會利用PSD傳感器測量微小位移。3必做驗證2人2光纖位移傳感器實驗1.測量光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)，計算靈敏度并分析誤差；2.作光纖位移傳感器的位移特性曲線，學(xué)會利用光纖位移傳感器測量微小位移。3選做驗證2人3光纖壓力傳感系統(tǒng)特性實驗1.了解光纖壓力傳感器的原理和應(yīng)用。3選做驗證2人4彩色編碼攝影及光學(xué)/數(shù)字彩色圖像解碼實驗1.通過彩色編碼照相機，加深理解將彩

5、色景物實時地編碼記錄在黑白編碼片上；2.掌握光學(xué)彩色圖像解碼技術(shù)；3.掌握數(shù)字彩色圖像解碼技術(shù)。3必做驗證2人5菲涅耳全息的記錄與再現(xiàn)1.通過拍攝漫反射物體的透射全息圖，加深對全息照相基本原理的理解；2.觀察透射全息圖的重現(xiàn)像，領(lǐng)會并總結(jié)全息照相的特點及其與普通照相的本質(zhì)區(qū)別；3必做驗證2人6像面全息圖的記錄與再現(xiàn)1.掌握像全息圖的記錄與重現(xiàn)原理；2.制作一張像面全息圖，在白光下觀察其重現(xiàn)像；3.比較像面全息圖與透射全息圖的不同之處。3必做驗證2人7一步彩虹全息1.掌握制作一步彩虹全息圖的原理和方法；2.在像全息圖制作基礎(chǔ)之上，制作一張一步彩虹全息圖，在白光下觀察其重現(xiàn)的準(zhǔn)單色像。3選做驗證2

6、人8晶體電光調(diào)制實驗1.掌握晶體電光調(diào)制的原理和實驗方法；2.學(xué)會利用實驗裝置測量晶體的半波電壓，計算晶體的電光系數(shù)；3.觀察晶體電光效應(yīng)引起的晶體會聚偏振光的干涉現(xiàn)象。3必做驗證2人9晶體聲光調(diào)制實驗1.了解聲光相互作用原理；2.觀察布拉格衍射現(xiàn)象；3.研究聲光調(diào)制和聲光偏轉(zhuǎn)的特性。3必做驗證2人10磁光調(diào)制實驗1.了解磁光效應(yīng)，掌握光線偏振面旋轉(zhuǎn)角度的測量方法；2.通過儀器實驗，驗證費爾德常數(shù)公式；3.對各種磁物質(zhì)的費爾德常數(shù)進(jìn)行測試。3必做驗證2人11基于液晶光閥的光學(xué)信息處理1加深對液晶的電光效應(yīng)的理解。2掌握利用LCD 液晶光閥的響應(yīng)曲線進(jìn)行圖像反轉(zhuǎn)的工作原理及方法。3了解液晶光閥的

7、像素結(jié)構(gòu)4理解液晶屏自身結(jié)構(gòu)對頻譜的影響5了解衍射理論6掌握光學(xué)傅立葉變換的性質(zhì)及全息性質(zhì)7加深對卷積定理等的理解8加深對全息成像原理的認(rèn)識8必做綜合2人12光的干涉和衍射實驗1.加深對光的干涉和衍射理論的認(rèn)識。2.掌握干涉條紋和衍射條紋的特點。3必做驗證2人13計算全息光學(xué)實驗1.了解全息原理和計算全息的特性。2.進(jìn)行全息圖的光學(xué)再現(xiàn)。3必做驗證2人14全息圖衍射效率的測量實驗1.了解全息圖衍射效率的基本概念；2.掌握全息圖的衍射效率的測量方法。3必做驗證2人16可調(diào)氦氖多譜線激光器實驗1.掌握HeNe多譜線激光器的工作原理及腔型結(jié)構(gòu)的特點；2.測量各條激光譜線的波長；3.測量各條譜線最大輸

8、出激光功率。3必做驗證2人17激光器偏振、縱模和模競爭實驗1.了解F-P掃描干涉儀的結(jié)構(gòu)和性能，掌握其使用方法；2.了解激光器的偏振特性，掌握激光偏振測量方法；3.了解激光縱模正交偏振理論與模式競爭理論。3必做驗證2人18激光高斯光束變換與測量1.掌握激光傳播特性的主要參數(shù)的測量方法；2.理解激光光束特性，學(xué)會對高斯光束進(jìn)行測量與變換；3.掌握光斑輪廓儀的使用和應(yīng)用3必做驗證2人三、實驗成績考核辦法本課程總評成績由期末考試和平時實驗操作與實驗報告兩部分構(gòu)成，采用百分制。期末考試成績占總評成績的50%，平時成績占總評成績的50%。期末考試形式:筆試和操作。操作是以抽簽的形式現(xiàn)場完成一個實驗操作，

9、根據(jù)完成情況給出成績。平時成績包括：1.課前預(yù)習(xí)（占10%）：教師通過檢查預(yù)習(xí)報告或提問方式，考核學(xué)生預(yù)習(xí)情況，給出成績。 2.實驗操作（占20%）：教師通過檢查學(xué)生各個操作環(huán)節(jié)和實驗結(jié)果對學(xué)生給出綜合實驗操作成績。3.實驗報告（占20%）：教師通過檢查實驗報告的完整性、正確性及對實驗結(jié)果的分析給出實驗報告成績。四、實驗教材和參考書教材： 光信息綜合實驗講義參考書：談恒英編：光信息綜合實驗，浙江大學(xué)出版社，2003年版。王仕璠編：現(xiàn)代光學(xué)實驗教程。北京郵電大學(xué)出版社，2004年版。五、主要使用的儀器設(shè)備1. 全息照相系列：天津港東科技發(fā)展有限公司XGZ-3型全息照相系列實驗裝置。主要儀器設(shè)備：

10、He-Ne 激光器、反射鏡、透鏡、全息干版、曝光定時器、可調(diào)狹縫等。2. 彩色編碼攝影及光學(xué)/數(shù)字彩色圖像解碼實驗：天津市港東科技發(fā)展有限公司XGB-1型彩色編碼攝影及光學(xué)/數(shù)字彩色圖像信息處理。主要儀器設(shè)備：135 彩色編碼照相機、白光光源、小孔濾波器、反射鏡、透鏡、CCD 彩色攝像機、彩色監(jiān)視器等。3. 晶體電光/聲光調(diào)制實驗：長春時代光學(xué)儀器公司。主要儀器設(shè)備：鈮酸鋰晶體，電光調(diào)制電源，半導(dǎo)體激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，雙蹤示波器。4. 光信息綜合實驗：杭州三花科特公司。主要儀器設(shè)備：激光器、液晶顯示、光學(xué)再現(xiàn)系統(tǒng)、CCD 圖像采集與顯示、光強探測器、計算機。5. CSY2

11、000G光電傳感器實驗儀。6. 激光原理與技術(shù)實驗：北京杏林睿光科技有線公司。主要儀器：氦氖激光器、激光功率計、紫外可見光柵單色儀、掃描干涉儀、光斑輪廓儀、顯示器和計算機等。IV/113實驗一 PSD傳感器實驗【實驗?zāi)康摹苛私釶SD光電位置敏感器件的原理與應(yīng)用?！緦嶒瀮?nèi)容】 1測量PSD傳感器位移值與輸出電壓值并分析其關(guān)系。2學(xué)會利用PSD傳感器測量微小位移。【實驗儀器】PSD探測器、PSD傳感器實驗?zāi)０?、主機箱?！緦嶒炘怼堪雽?dǎo)體光電位置敏感器件(Position-Sensitive Detector)是一種對其感光面上入射光點位置敏感的半導(dǎo)體，也即當(dāng)光點在器件感光面的不同位置時，就對應(yīng)有一

12、個不同的輸出電信號。這種器件也簡稱為PSD。PSD主要由硅、鍺等半導(dǎo)體材料，利用蒸發(fā)金屬薄膜工藝，離子注入技術(shù)，外延生長工藝以及熱擴散技術(shù)制成。事實上，它是一種具有均勻電阻薄層表面的平面型PIN光電二極管，但它是建立在橫向光電效應(yīng)基礎(chǔ)上的。PSD為一具有PIN三層結(jié)構(gòu)的平板半導(dǎo)體硅片。其斷面結(jié)構(gòu)如圖11所示，表面層P為感光面，在其兩邊各有一信號輸入電極，底層的公共電極是用與加反偏電壓。當(dāng)光點入射到PSD表面時，由于橫向電勢的存在，產(chǎn)生光生電流，光生電流就流向兩個輸出電極，從而在兩個輸出電極上分別得到光電流和，顯然。而和的分流關(guān)系則取決于入射光點到兩個輸出電極間的等效電阻。假設(shè)PSD表面分流層的

13、阻擋是均勻的，則PSD可簡化為圖12所示的電位器模型，其中、為入射光點位置到兩個輸出電極間的等效電阻，顯然、正比于光點到兩個輸出電極間的距離。圖1-1圖1-2 因為 所以可得 當(dāng)入射光恒定時，恒定，則入射光點與PSD中間零位點距離X與成線性關(guān)系，與入射光點強度無關(guān)。通過適當(dāng)?shù)奶幚黼娐罚涂梢垣@得光點位置的輸出信號。【實驗步驟】1、按圖13接線：圖中左邊小框中：紅、黑、黃、白、黃插孔在PSD傳感器裝置座底部側(cè)面上。其中紅、黑為激光電源輸入端，黃、白、黃為PSD傳感器輸出端接入PSD傳感器實驗?zāi)０咫娐分?，如圖12，并將實驗?zāi)０逯械呐c接，與接（注：V03、Vi3、Vi4、V05不用接線）與接，與接。

14、 圖13 PSD位置傳感器實驗接線2、打開主機箱電源，轉(zhuǎn)動測微頭使激光光點在PSD上的位置從一端移向另一端。此時電壓變化可在±45V之間，若未達(dá)到此值，可調(diào)輸出增量旋紐。調(diào)節(jié)測微頭使激光光點在PSD的端點上。3、在PSD裝置中旋上拉伸遮光筒并拉伸頭部貼近激光器端面，反向轉(zhuǎn)動測微頭(注意克服回程誤差)使光點向PSD另一端位移，每轉(zhuǎn)動0.2mm記錄數(shù)據(jù)填入表11。表11 PSD傳感器位移值與輸出電壓值位移量（mm）輸出電壓（V） 4、根據(jù)表1-1所列的數(shù)據(jù)，作出實驗X-V曲線，計算量程為±2mm、±3mm、±4mm時的非線性誤差?！咀⒁馐马棥? 保持硅片的清

15、潔，切勿強光直接照射。2 切勿讓激光器直接出射光或鏡式反射光直接對準(zhǔn)人眼入射。3 電源正負(fù)極接線必須正確后方可打開電源開關(guān)?！舅伎碱}】1入射光點大小對測量有什么影響？使用在什么量程范圍最好？66/113實驗二 光纖位移傳感器實驗【實驗?zāi)康摹苛私夤饫w位移傳感器的工作原理和性能?！緦嶒瀮?nèi)容】1測量光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)，計算靈敏度并分析誤差。2作光纖位移傳感器的位移特性曲線，學(xué)會利用光纖位移傳感器測量微小位移?！緦嶒瀮x器】光纖傳感器、光纖傳感器實驗?zāi)０?、主機箱、測微頭、反射面。【實驗原理】光纖傳感器是利用光纖的特性研制而成的傳感器。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能

16、，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機械性能，絕緣、無感應(yīng)的電氣性能，耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū))，或者對人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū))，起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。  光纖傳感器主要分為兩類：功能型光纖傳感器及非功能型光纖傳感器(也稱為物性型和結(jié)構(gòu)型)。功能型光纖傳感器利用對外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖，構(gòu)成“傳”和“感”合為一體的傳感器。這里光纖不僅起傳光的作用，而且還起敏感作用。工作時利用檢測量去改變描述光束的一些基本參數(shù)，如光的強度、相位、偏振、頻率等，它們的改變反映了被測量的變化。由于對光信號

17、的檢測通常使用光電二極管等光電元件，所以光的那些參數(shù)的變化，最終都要被光接收器接收并被轉(zhuǎn)換成光強度及相位的變化。這些變化經(jīng)信號處理后，就可得到被測的物理量。非功能型光纖傳感器主要是利用光纖對光的傳輸作用，由其他敏感元件與光纖信息傳輸回路組成測試系統(tǒng)，光纖在此僅起傳輸作用。本實驗采用的是傳光型光纖位移傳感器，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，半園分布即雙D分布，一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距d，由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，另一束光纖接收光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，如圖21所示。發(fā)射光

18、接收光(a)光纖測位移工作原理 (b)Y形光纖圖21 Y形光纖測位移工作原理圖    傳光型光纖傳感器位移量測是根據(jù)傳送光纖之光場與受訊光纖交叉地方視景做決定。當(dāng)光纖探頭與被測物接觸或零間隙時(d=0)，則全部傳輸光量直接被反射至傳輸光纖。沒有提供光給接收端之光纖，輸出訊號便為“零”。當(dāng)探頭與被測物之距離增加時，接收端之光纖接收之光量也越多，輸出訊號便增大，當(dāng)探頭與被測物之距離增加到一定值時，接收端光纖全部被照明為止，此時也被稱之為“光峰值”。達(dá)到光峰值之后，探針與被測物之距離繼續(xù)增加時，將造成反射光擴散或超過接收端接收視野。使得輸出之訊號與量測距離成反比例關(guān)系。

19、如圖22曲線所示，一般都選用線性范圍較好的前坡為測試區(qū)域。圖22 光纖位移特性曲線 【實驗步驟】1、觀察光纖結(jié)構(gòu)：二根多模光纖組成Y形位移傳感器。將二根光纖尾部端面(包鐵端部)對住自然光照射，觀察探頭端面現(xiàn)象，當(dāng)其中一根光纖的尾部端面用不透光紙擋住時，在探頭端觀察面為半圓雙D形結(jié)構(gòu)。2、按圖23示意安裝、接線。安裝光纖：安裝光纖時，要用手抓捏兩根光纖尾部 的包鐵部分輕輕插入光電座中,絕對不能用手抓捏光纖的黑色包皮部分進(jìn)行插拔，插入時不要過分用力,以免損壞光纖座組件中光電管。測微頭、被測體安裝：調(diào)節(jié)測微頭的微分筒到5mm處(測微頭微分筒的0刻度與軸套5mm刻度對準(zhǔn))。將測微頭的安裝套插入支架座安

20、裝孔內(nèi)并在測微頭的測桿上套上被測體(鐵圓片拋光反射面)，移動測微頭安裝套使被測體的反射面緊貼住光纖探頭并擰緊安裝孔的緊固螺釘。圖23 光纖傳感器位移實驗接線示意圖3、將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系腞W、使主機箱中的電壓表顯示為0V。4、逆時針調(diào)動測微頭的微分筒，每隔0.1mm(微分筒刻度010、1020)讀取電壓表顯示值填入表2-1。測量的時候注意回程差，即不要小范圍來回調(diào)節(jié)位移，順著單方向調(diào)節(jié)位移。表2-1 光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)X（mm）V(v)5、根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)，畫出如圖22 光纖位移特性曲線的實驗曲線，并找出線

21、性區(qū)域較好的范圍計算靈敏度和非線性誤差?！咀⒁馐马棥?保持Y型光纖端面清潔，不要使彎曲半徑過小。2電源正負(fù)極接線必須正確后方可打開電源開關(guān)?！舅伎碱}】1光纖位移傳感器測位移時對被測物體的表面有些什么要求？2. 光纖位移傳感器的位移特性是條曲線，說明原因。實驗三 光纖壓力傳感系統(tǒng)特性實驗【實驗?zāi)康摹苛私夤饫w壓力傳感器的原理和應(yīng)用。 【實驗儀器】 CSY2000G主機箱、光纖溫度壓力實驗?zāi)０?、氣壓表（監(jiān)視氣源壓力）、三通引壓膠管（連接氣源氣壓表與引壓口）、光纖（單根裝）?！緦嶒炘怼堪凑展饫w在傳感器中所起的作用，光纖傳感器一般分為二大類：1、傳感型光纖傳感器利用光纖本身的特征把光纖直接作為敏感元件

22、，既感知信息又傳輸信息，也稱為功能型光纖傳感器。2、傳光型光纖傳感器利用其它敏感元件（如溫度敏感元件、壓力敏感元件等）感知待測量的變化，光纖僅作為光的傳輸介質(zhì)，傳輸來自遠(yuǎn)處或難以接近場地的光信號。也稱非功能型光纖傳感器。本實驗?zāi)０鍨閭鞴庑凸饫w傳感器，原理簡述為：壓阻式擴散硅壓力傳感器將氣壓（P）轉(zhuǎn)變成電量信號，經(jīng)集成放大電路處理放大再經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換電流調(diào)制（內(nèi)調(diào)制）發(fā)光二極管光纖傳輸光光敏二極管接收光信號光電流集成運放電路處理轉(zhuǎn)換放大輸出電壓。 本類型傳感器特點：不僅發(fā)揮常規(guī)傳感器的特點，而且可在其它傳輸線不適用的環(huán)境下（如防電磁干擾、防爆等）進(jìn)行檢測。 【實驗步驟】1、按圖3-1接線、將實

23、驗?zāi)０逯械囊龎嚎谟萌z管連接主機的氣壓源氣壓表。、將光纖插入實驗?zāi)０宓墓饫w口、將實驗?zāi)０逯械?15v、地15v接機箱中電壓源的相應(yīng)插孔中。、將實驗?zāi)０逯械膍A處短接（或?qū)⒅鳈C箱中的電流表顯示選擇撥到20mA檔后接入模板的mA處相應(yīng)插孔中）、將主機箱的電壓表顯示選擇撥到20v檔并與實驗?zāi)０逯械膲毫鞲衅鬏敵龆讼鄳?yīng)連接。2、按下實驗?zāi)０逯械臏囟?壓力轉(zhuǎn)換開關(guān)，處于壓力測量狀態(tài)。3、合上主機箱總電源和氣源開關(guān)，調(diào)節(jié)主機箱氣源開關(guān)邊上的轉(zhuǎn)子流量計旋扭，觀察氣壓表氣壓顯示跟隨調(diào)節(jié)變化，不調(diào)節(jié)時能達(dá)到動態(tài)平衡顯示某一個壓力顯示值。4、轉(zhuǎn)動主機箱中的轉(zhuǎn)子流量計旋扭，使氣壓表顯示4kpa，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)實驗?zāi)０逯?/p>

24、的電位器wp1(壓力下限)，使主機箱的電壓表顯示0.40v。5、轉(zhuǎn)動主機箱中的轉(zhuǎn)子流量計旋扭，使氣壓表顯示在20Kpa上，再調(diào)節(jié)模板中的電位器Wp2（壓力上限）使主機箱的電壓表顯示2.00v.6、重復(fù)4和5步驟（循環(huán)3次），反復(fù)調(diào)節(jié)，使壓力下限4kp對應(yīng)0.40v，壓力上限20kpa對應(yīng)2.00v。完成了壓力量程上、下限的標(biāo)定注意Wp1（壓力下限）、Wp2（壓力上限），不能再碰動）。7、將主機箱電壓表由壓力傳感器輸出端轉(zhuǎn)接到光纖傳感器輸出端U0的相應(yīng)插孔上，標(biāo)定光纖傳感器輸出轉(zhuǎn)換電路，此時調(diào)節(jié)W零點（光纖下限）和W量程（光纖上限）調(diào)節(jié)方法與過程同4、5、6步驟（千萬不能誤調(diào)Wp1和Wp2，要小

25、心，否則前功盡棄，要重新標(biāo)定前級電路）。8、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計旋扭觀察氣壓表和光纖傳感器輸出U0的電壓顯示，讀取記錄以下數(shù)據(jù)P（Kpa）46810.161820U(v)9、根據(jù)以上數(shù)據(jù)，畫出P-V實驗曲線，并分析計算最大誤差，靈敏度，線性誤差等指標(biāo)?！咀⒁馐马棥?注意調(diào)壓閥的使用。2注意壓力傳感電路與光纖傳感電路的定標(biāo)?！舅伎碱}】1壓力傳感電路與光纖傳感電路的定標(biāo)的作用。 實驗四 彩色編碼攝影及光學(xué)/數(shù)字彩色圖像解碼實驗【實驗?zāi)康摹?通過彩色編碼照相機，加深理解將彩色景物實時地編碼記錄在黑白編碼片上；2掌握光學(xué)彩色圖像解碼技術(shù)；3掌握數(shù)字彩色圖像解碼技術(shù)。【實驗儀器】白光光源 、聚光鏡 、小孔濾波

26、器 、平面反射鏡 、準(zhǔn)直鏡 、黑白編碼片框架 、傅氏變換透鏡 、頻譜濾波器 、場鏡 、CCD彩色攝像機 、彩色監(jiān)視器 、白屏等?！緦嶒炘怼恳话⒇惓上窭碚摴鈱W(xué)信息處理技術(shù)是近20多年來發(fā)展起來的新的研究領(lǐng)域，在現(xiàn)代光學(xué)中占有重要的位置。光學(xué)信息處理可完成對二維圖像的識別、增強、恢復(fù)、傳輸、變換、頻譜分析等。從物理光學(xué)的角度，光學(xué)信息處理是基于傅里葉變換和光學(xué)頻譜分析的綜合技術(shù)，通過在空域?qū)D像的調(diào)制或在頻域?qū)Ω道锶~頻譜的調(diào)制，借助空間濾波的技術(shù)對光學(xué)信息（圖像）進(jìn)行處理。光學(xué)信息處理的理論基礎(chǔ)是阿貝（Abbe）二次衍射成像理論和著名的阿貝波特（AbbePorter）實驗。阿貝成像理論認(rèn)為，物體

27、通過透鏡成像過程是物體發(fā)出的光波經(jīng)物鏡，在其后焦面上產(chǎn)生夫瑯和費衍射的光場分布，即得到第一次衍射的像（物的傅里葉頻譜）；然后該衍射像作為新的波源，由它發(fā)出次波在像面上干涉而構(gòu)成物體的像，稱為第二次衍射成像，如圖1 所示。進(jìn)一步解釋，物函數(shù)可以看作由許多不同空間頻率的單頻（基元）信息組成，夫瑯和費衍射將不同空間頻率信息按不同方向的衍射平面波輸出，通過透鏡后的不同方向的衍射平面波分別匯聚到焦平面上不同的位置，即形成物函數(shù)的傅里葉變換的頻譜，頻譜面上的光場分布與物函數(shù)(物的結(jié)構(gòu))密切相關(guān)。不難證明，夫瑯和費衍射過程就是傅里葉變換過程，而光學(xué)成像透鏡即能完成傅立葉變換運算，稱傅里葉變換透鏡。阿貝成像理

28、論由阿貝波特實驗得到證明：物面采用正交光柵（網(wǎng)格狀物），用平行單色光照明，在頻譜面放置不同濾波器改變物的頻譜結(jié)構(gòu)，則在像面上可得到物的不同的像。實驗結(jié)果表明，像直接依賴頻譜，只要改變頻譜的組份，便能改變像。這一實驗過程即為光學(xué)信息處理的過程，如圖2 所示。如果對物或頻譜不進(jìn)行任何調(diào)制（改變），物和像是一致的，若對物函數(shù)或頻譜函數(shù)進(jìn)行調(diào)制處理，由圖2 所示的在頻譜面采用不同的頻譜濾波器，即改變了頻譜則會使輸出的像發(fā)生改變而得到不同的輸出像，實現(xiàn)光學(xué)信息處理的目的。典型的光學(xué)信息處理系統(tǒng)為如圖3 所示的4f 傅里葉變換系統(tǒng)：光源S 經(jīng)擴束鏡L產(chǎn)生平行光照射物面（輸入面），經(jīng)傅里葉透鏡L1 變換，在

29、其后焦面F 處產(chǎn)生物函數(shù)的傅里葉頻譜，再通過透鏡L2 的傅里葉逆變換，在輸出面上將得到所成的像(像函數(shù))。二彩色編碼彩色編碼是利用光柵對物函數(shù)作空間調(diào)制，即對圖像的不同顏色進(jìn)行空間彩色編碼。讓景物的不同顏色部分在黑白底片上呈有不同方向的光柵條紋。這一編碼過程是由三色光柵編碼器實現(xiàn)的，現(xiàn)稱為TOCM（全光彩色調(diào)制器）, 圖4 為三色光柵示意圖,它是由三個不同取向的紅黑、綠黑和藍(lán)黑光柵迭加在一起構(gòu)成的彩色網(wǎng)屏，將它安裝在照相機的片門處。當(dāng)對彩色景物編碼拍攝時，三色光柵與黑白底片緊密接觸，通過三色光柵的彩色信息在黑白底片上被光柵編碼，即景物的紅色部分在底片上有水平方向條紋，綠色部分有垂直方向條紋，藍(lán)

30、色部分有斜方向條紋，其它顏色為某兩個取向或三個取向的條紋迭加編碼，如圖5 為彩色編碼示意圖。拍攝采用該三色光柵編碼器，一次拍攝即可完成全彩色編碼。這一步稱為彩色編碼照相, 即用光柵調(diào)制的物理方法記錄彩色信息，而不是用彩色膠片的化學(xué)方法記錄彩色信息。三色光柵的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 其中P0 為三色光柵的空間抽樣頻率，x，x和x"為紅、綠、藍(lán)三種光柵的取向。一幅在相機焦平面上的彩色圖像可以寫成： 于是，當(dāng)照相機使三色光柵TT(x,y)和景象T(x,y)均成在全色黑白膠片上，經(jīng)過曝光和沖洗處理后，得到： 如果能控制=2，則得到黑白編碼片的振幅透過率為：三光學(xué)法彩色解碼光學(xué)法解碼就是將黑白編碼片置

31、于如圖6 所示的4f 光學(xué)解碼系統(tǒng)的輸入平面P1處，則可通過該光學(xué)系統(tǒng)還原出原景物的彩色圖像。其解碼過程是：自白光點光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡產(chǎn)生平行光，照射在置于輸入平面上的黑白編碼片上，經(jīng)白光傅里葉變換透鏡在其焦平面上產(chǎn)生其頻譜，對三個衍射方向一級頻譜分別進(jìn)行紅、綠、藍(lán)濾波后，便在輸出像面再現(xiàn)出原景物的彩色圖像。將黑白編碼片置于如圖6 所示的4f光學(xué)解碼系統(tǒng)的輸入平面P1，設(shè)其振幅透過率tp，則在P2平面上得到它的頻譜： 在P2平面取R、G、B的1 級譜，n=1,而遮蔽其余各項譜稱彩色濾波。并通過L2的傅立葉變換，于系統(tǒng)的輸出平面P3得： 此即還原的彩色圖像。光學(xué)的解碼方法具有快速、直觀和并行

32、的特點。實驗中采用一個傅里葉變換透鏡，在頻譜面進(jìn)行濾波后，直接在像面還原出彩色圖像。由于該彩色圖像的光強較弱，為了看得更清楚，則采用一個場鏡將其成像在CCD 表面并用彩色監(jiān)視器顯示解碼后的彩色圖像。四數(shù)字解碼實際的白光解碼系統(tǒng)是一個須經(jīng)特殊設(shè)計的相當(dāng)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，它對像差等各種指標(biāo)要求都很高。采用數(shù)字計算機解碼代替光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行解碼，它有處理手段靈活、方便，系統(tǒng)組成簡單，硬件系統(tǒng)只需普通掃描儀和微機組成，便于推廣應(yīng)用，它也可與現(xiàn)代媒體接口在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)上傳輸。圖7 給出數(shù)字計算機解碼實驗的流程圖：把黑白編碼片記錄的信息用掃描儀輸入到計算機內(nèi)，根據(jù)光學(xué)信息處理的解碼原理，在計算機內(nèi)對黑白編碼圖像進(jìn)行

33、傅里葉變換、彩色濾波、逆傅里葉變換及圖像的合成，最后由彩色監(jiān)視器或彩色打印輸出彩色圖像。【實驗步驟】1、按照圖7 所示的實驗系統(tǒng)調(diào)好光路.2、調(diào)節(jié)聚光鏡、光源濾波器、準(zhǔn)直透鏡，產(chǎn)生平行光照射黑白膠片。3、黑白膠片靠近準(zhǔn)直透鏡放置，在間距為F處依次放置傅里葉透鏡L1、頻譜濾波器、傅里葉透鏡L2。4、將黑白編碼片置于系統(tǒng)的輸入面內(nèi)，調(diào)節(jié)場鏡和CCD，在彩色監(jiān)視器上看到清晰的黑白圖像。5、將紅、綠、藍(lán)三基色頻譜濾波器置于頻譜面處，使對應(yīng)景物的紅、綠、藍(lán)一級頻譜通過濾波器相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)部分。在彩色監(jiān)視器上可看到解碼后的彩色圖像。6、在頻譜面處放一白紙屏，觀察頻譜的分布狀態(tài)。在對應(yīng)景物的紅、綠、藍(lán)一級

34、頻譜處依次扎一小孔，觀察像面上彩色圖像的合成過程。圖7 實驗系統(tǒng)光路及裝置【注意事項】實驗光路要調(diào)節(jié)等高。要微調(diào)濾波器，使對應(yīng)景物的紅、綠、藍(lán)一級頻譜通過濾波器相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)部分。【思考題】1如何實現(xiàn)黑白膠片記錄彩色信息？2光學(xué)解碼時彩色頻譜濾波器應(yīng)如何放置？實驗五 菲涅耳全息的記錄與再現(xiàn)【實驗?zāi)康摹?通過拍攝漫反射物體的透射全息圖，加深對全息照相基本原理的理解；2通過觀察透射全息圖的重現(xiàn)像，領(lǐng)會并總結(jié)全息照相的特點及其與普通照相的本質(zhì)區(qū)別；3了解攝影暗室技術(shù)?！緦嶒瀮x器】He-Ne激光器，曝光定時器，分束鏡一個，擴束鏡兩個，全反射鏡兩個，被攝物體（如：小雞，小鴨等）及放置物體的底座，全息干

35、版及底架，暗室技術(shù)使用的設(shè)備?！緦嶒炘怼咳⒄障嗟幕驹碓缭?948年就由伽伯（D. Gabor）發(fā)現(xiàn)，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的時間相干性和空間相干性），在激光出現(xiàn)以前，對全息技術(shù)的研究進(jìn)展緩慢，在60年代激光出現(xiàn)以后，全息技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。目前，全息技術(shù)在干涉計量、信息存儲、光學(xué)濾波以及光學(xué)模擬計算等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。伽伯也因此而獲得了1971年度的諾貝爾物理學(xué)獎。一、全息照相與全息照相術(shù)在介紹全息照相的基本原理之前，我們首先來看一下全息照相和普通照相有什么區(qū)別。總的來說，全息照相和普通照相的原理完全不同。普通照相通常是通過照相機物鏡成像，在感光底片平

36、面上將物體發(fā)出的或它散射的光波（通常稱為物光）的強度分布（即振幅分布）記錄下來，由于底片上的感光物質(zhì)只對光的強度有響應(yīng)，對相位分布不起作用，所以在照相過程中把光波的位相分布這個重要的信息丟失了。因而，在所得到的照片中，物體的三維特征消失了，不再存在視差，改變觀察角度時，并不能看到像的不同側(cè)面。全息技術(shù)則完全不同，由全息術(shù)所產(chǎn)生的像是完全逼真的立體像（因為同時記錄下了物光的強度分布和位相分布，即全部信息），當(dāng)以不同的角度觀察時，就象觀察一個真實的物體一樣，能夠看到像的不同側(cè)面，也能在不同的距離聚焦。全息照相在記錄物光的相位和強度分布時，利用了光的干涉。從光的干涉原理可知：當(dāng)兩束相干光波相遇，發(fā)生

37、干涉疊加時，其合強度不僅依賴于每一束光各自的強度，同時也依賴于這兩束光波之間的相位差。在全息照相中就是引進(jìn)了一束與物光相干的參考光，使這兩束光在感光底片處發(fā)生干涉疊加，感光底片將與物光有關(guān)的振幅和位相分別以干涉條紋的反差和條紋的間隔形式記錄下來，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?，便得到一張全息照片。二、全息照相的基本過程具體來說，全息照相包括以下兩個過程：（一）波前的全息記錄利用干涉的方法記錄物體散射的光波在某一個波前平面上的復(fù)振幅分布，這就是波前的全息記錄。通過干涉方法能夠把物體光波在某波前的位相分布轉(zhuǎn)換成光強分布，從而被照相底片記錄下來，因為我們知道，兩個干涉光波的振幅比和位相差決定著干涉條紋的強度分布，所

38、以在干涉條紋中就包含了物光波的振幅和位相信息。典型的全息記錄裝置如圖1所示：從激光器發(fā)出的相干光波被分束鏡分成兩束，一束經(jīng)反射、擴束后照在被攝物體上，經(jīng)物體的反射或透射的光再射到感光底片上，這束光稱為物光波；另一束經(jīng)反射、擴束后直接照射在感光底片上，這束光稱為參考光波。由于這兩束光是相干的，所以在感光底片上就形成并記錄了明暗相間的干涉條紋。干涉條紋的形狀和疏密反映了物光的位相分布的情況，而條紋明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上將物光的信息都記錄下來了，經(jīng)過顯影、定影處理后，便形成與光柵相似結(jié)構(gòu)的全息圖 全息照片。所以全息圖不是別的，正是參考光波和物光波干涉圖樣的記錄。顯然，全息照片本身和原

39、是物體沒有任何相似之處。設(shè)來自物體的單色光波在全息干板平面（平面）上的復(fù)振幅分布為： (1)稱為物光波。同一波長的參考光波在于平板平面上的復(fù)振幅分布為： (2) 稱為參考光波。平板上總的復(fù)振幅分布為： (3)干板上的光強分布為： (4)將(1)，(2)，(3)式代入(4)式中，得出： (5)適當(dāng)控制曝光量和沖洗條件，可以使全息圖的振幅透過率t(x,y)與曝光量E（與光強I成正比）成線性關(guān)系，即 設(shè) (6)其中，為常數(shù)。這就是全息圖的記錄過程。由上面的描述可知，底片上干涉條紋的反襯度為：,其中 。干涉條紋的間距則決定于 隨位置變化的快慢。對一定的 、 來說，干涉條紋的明暗對比反映了物光波的振幅大

40、小，即強度因子，干涉條紋的形狀間隔反映了物光波的位相分布。因此底片記錄了干涉條紋，也就記錄了物光波前的全部信息振幅和位相。（二）物光波前的再現(xiàn)物光波前的再現(xiàn)利用了光波的衍射，如圖2所示。用一束參考光（在大多數(shù)情況下是與記錄全息圖時用的參考光波完全相同）照射在全息圖上，就好像在一塊復(fù)雜光柵上發(fā)生衍射，在衍射光波中將包含有原來的物光波，因此當(dāng)觀察者迎著物光波方向觀察時，便可看到物體的再現(xiàn)像。這是一個虛像，它具有原始物體的一切特征。此外還有一個實像，稱為共軛像。應(yīng)該指出，共軛波所形成的實像的三維結(jié)構(gòu)與原物并不完全相似。用與參考光完全相同的光束照射全息圖，透過光的復(fù)振幅分布是： (7)將(2)，（6）

41、式代入上式，整理得出：（8）(8)式中的第一項，具有再現(xiàn)光的特性，是衰減了的再現(xiàn)光，這是0級衍射。(8)式的第二項，是原來的物光波乘一系數(shù)，它具有原來物光波的特性，如果用眼睛接收到這個光波，就會看到原來的“物”。這個再現(xiàn)象是虛像，稱為原始像。(8)中的第三項，具有與原物光波共軛的位相：，說明它代表一束會聚光，應(yīng)形成一個實像。因為有一位相因子存在，這個實像不在原來的方向上。這個像叫共軛像。通常把形成原始像的衍射光稱為+1級衍射，把形成共軛像的衍射光稱為級衍射。圖1 漫反射全息光路圖三、全息照相的主要特點1片上的花紋與被攝物體無任何相似之處，在相干光束的照射下，物體圖像卻能如實重現(xiàn)。2立體感很明顯

42、（三維再現(xiàn)性），如某些隱藏在物體背后的東西，只要把頭偏移一下，也可以看到。視差效應(yīng)很明顯。3全息圖打碎后，只要任取一小片，照樣可以用來重現(xiàn)物光波。猶如通過小窗口觀察物體那樣，仍能看到物體的全貌。這是因為全息圖上的每一個小的局部都完整地記錄了整個物體的信息（每個物點發(fā)出的球面光波都照亮整個感光底片，并與參考光波在整個底片上發(fā)生干涉，因而整個底片上都留下了這個物點的信息）。當(dāng)然，由于受光面積減少，成像光束的強度要相應(yīng)地減弱；而且由于全息圖變小，邊緣的衍射效應(yīng)增強而必然會導(dǎo)致像質(zhì)的下降。圖2 物光波的再現(xiàn)4在同一張照片上，可以重疊數(shù)個不同的全息圖。在記錄時或改變物光與參考光之間的夾角，或改變物體的位

43、置，或改變被攝的物體等等，一一曝光之后再進(jìn)行顯影與定影，再現(xiàn)時能一一重現(xiàn)各個不同的圖像?！緦嶒灢襟E】一、全息記錄1打開激光器，參照圖1擺好光路，使光路系統(tǒng)滿足下列要求：（1）物光和參考光的光程大致相等；（2）經(jīng)擴束鏡擴展后的參考光應(yīng)均勻照在整個底片上，被攝物體各部分也應(yīng)得到較均勻照明。（3）使兩光束在底片處重疊時之間的夾角約為450。（4）在底片處物光和參考光的光強比約為1:2 1:6。2關(guān)上照明燈（可開暗綠燈），確定曝光時間，調(diào)好定時曝光器。可以先練習(xí)一下快門的使用。3關(guān)閉快門擋住激光，將干版從黑袋子中取出裝在干版架上，應(yīng)注意使乳膠面對著光的入射方向。靜置2分鐘后進(jìn)行曝光。曝光過程中不能觸及

44、防震臺，關(guān)閉空調(diào)以減小空氣流動，并保持室內(nèi)安靜。4顯影及定影。顯影液采用D19，定影液采用F5。它們由實驗室提供。顯影時間1分鐘左右，顯影后在清水中輕涮一遍，如室溫較高，顯影后干版應(yīng)放在5%冰醋酸溶液中停顯后再定影。定影時間510分鐘。顯影液、定影液溫度以20攝氏度最為適宜。定影后的干版應(yīng)放在清水中沖洗510分鐘（長期保存的干版定影后要沖洗20分鐘以上），最后將干版晾干或吹干。二、物像再現(xiàn)將全息照片放回原處，遮住物光，用參考光束照亮全息片，可觀察到：（1）物的虛像1級衍射光，在全息片后，用眼睛直接地觀察，在原物處有物的虛像。改變觀察角度，看到虛像有何不同？通過有小孔的紙片觀察，在不同的部位看到

45、的虛像有無不同？改變參考光束的強弱與遠(yuǎn)近，看到的情況有何不同？（2）物的共軛像-1級衍射光（在0級光的另一側(cè)），用毛玻璃屏接收物體的共軛實像?！咀⒁馐马棥?調(diào)整光學(xué)元件支架，光束要等高共軸。2物光和參考光束間的夾角常常要小于（在30°60°之間）60°，因為夾角越大，干涉條紋間距越?。粭l紋越密，對感光材料分辨率的要求也越高。同時被攝物體離全息干版的距離不能太遠(yuǎn)(約10cm)。【思考題】1與普通照相相比較，全息照相具有那些特點？將全息圖片擋去一部分后，為什么重現(xiàn)像仍然是完整的？2為什么在同一張全息底片上可重疊記錄多個全息圖？3為什么全息照相對光源的相干性有很高的要求

46、？為什么要求物光與參考光的光程相等？又為什么要求在全息照相過程中保持全息臺面的穩(wěn)定？實驗六 像面全息圖的記錄與再現(xiàn)【實驗?zāi)康摹?掌握像全息圖的記錄與重現(xiàn)原理。2制作一張像面全息圖，在白光下觀察其重現(xiàn)像。3比較像面全息圖與透射全息圖的不同之處；【實驗儀器】He-Ne激光器，曝光定時器，反射鏡（若干），分束鏡，擴束鏡（若干），透鏡（若干），載物臺，干板架，毛玻璃，全息干板?！緦嶒炘怼肯衩嫒D是一種可用白光再現(xiàn)的全息圖，它記錄的是物體的幾何像，換言之，是把成像光束作為物光波，相當(dāng)于“物”與全息干板重合。白光再現(xiàn)時，各波長所對應(yīng)的再現(xiàn)象在空間幾乎重疊，把像模糊抑制在最低水平。像面全息圖再現(xiàn)時可得到

47、立體感很強的像。被記錄物體的幾何像可以通過透鏡成像法直接得到的，因而只需一步即可完成。其記錄與再現(xiàn)原理如圖1、圖2所示。圖1中物O經(jīng)透鏡L成像在全息干板上，R為參考光。當(dāng)O和R在干板同側(cè)時記錄透射像全息圖，在異側(cè)時記錄反射像全息圖。此外，干板的位置可以稍有離焦。圖1 像面全息的記錄 圖2 像面全息的再現(xiàn)【實驗步驟】一、光路的設(shè)計與排布1、設(shè)計：根據(jù)像面全息圖的制作原理，請自行設(shè)計記錄透射像面全息圖的實驗光路。請將光路圖畫在預(yù)習(xí)報告上，并說明設(shè)計思路。光路設(shè)計的原則是：1）所有光束必須出自同一臺激光器；2）充分利用全息光學(xué)平臺的面積，光路的排布應(yīng)以方便操作為宜；3）盡可能少用光學(xué)元件，以免引入能

48、量損失和波面畸變；4）為獲得較大視場角，宜用大孔徑透鏡成像；5）選取合適的物光和參考光夾角，一般取300-450為宜；6）選取合適的路徑，使所有相干光等光程。 2、光路的排布：根據(jù)所設(shè)計的光路圖，在光學(xué)平臺上排布光路。請把光路排布中遇到的問題、解決的思路和辦法寫在實驗報告中。光路排布的原則是：1）各光學(xué)元件必須調(diào)到共軸，光束走向應(yīng)相對于臺面保持平行，以獲得一致的偏振態(tài)，避免相干不完全；2）所有元件的支架必須保持穩(wěn)定，不得有絲毫震動；3）選擇反射率較高、且表面不是鏡面的東西做為被記錄物體；4）物體的幾何像可根據(jù)需要選取不同的放大率； 5）選取合適的分束鏡分束比，以及合適的擴束鏡倍數(shù)，以獲得合適的

49、光強比： 物參光強比通常取1：2到1：10之間，以獲得較高的衍射效率；二、記錄透射像面全息圖1、將銀鹽干板安裝在干板架上，感光膠面應(yīng)背向物光方向，干板在干板架上被夾持應(yīng)穩(wěn)固不搖晃；2、每次曝光前須靜臺兩分鐘，曝光過程中應(yīng)保證全息防震臺穩(wěn)定，室內(nèi)空氣平穩(wěn)，無大的氣流運動；5、銀鹽干板應(yīng)嚴(yán)格避光操作，待定影結(jié)束后才可見白光。三、銀鹽干板的后處理對曝光后的干板進(jìn)行化學(xué)處理，應(yīng)嚴(yán)格按常規(guī)的暗室操作規(guī)則進(jìn)行，具體處理步驟如下：1、在D-19 顯影液中顯影，溫度200C，時間1分鐘左右；2、清水中輕涮一遍；3、用 F-5 定影液定影，時間5-10分鐘；4、流水沖洗5分鐘以上；5、自然晾干或吹干；6、為了提

50、高全息圖的衍射效率，后處理過程可增加“漂白”過程，使全息圖由振幅型轉(zhuǎn)化為位相型，此過程可在4、5兩步之間進(jìn)行。實驗室提供的漂白液為鐵氰化鉀溶液。四、像面全息的白光再現(xiàn)及實驗結(jié)果分析1、用白光按設(shè)計的原參考光方向照射全息圖，觀察再現(xiàn)像，記錄所觀察到的結(jié)果；2、對再現(xiàn)效果進(jìn)行分析?！咀⒁馐马棥?選取合適的記錄介質(zhì)，本實驗使用天津型銀鹽干板；2選取合適的曝光時間?！舅伎碱}】1為什么像面全息圖可以用白光擴展光源重現(xiàn)？2物參夾角選取300- 450，主要出于哪幾方面的考慮？據(jù)你所知，至少回答兩條。實驗七 一步彩虹全息【實驗?zāi)康摹?掌握制作一步彩虹全息圖的原理和方法；2制作一張一步彩虹全息圖，在白光下觀察

51、其重現(xiàn)的準(zhǔn)單色像。【實驗儀器】He-Ne激光器，曝光定時器，反射鏡（若干），分束鏡，擴束鏡（若干），透鏡（若干），可調(diào)節(jié)狹縫，載物臺，干板架，毛玻璃，全息干板?！緦嶒炘怼坎屎缛⑹窍袢⑴c狹縫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，彩虹全息圖也可用白光照明重現(xiàn)出物體的像，它又分為一步彩虹全息圖與二步彩虹全息圖，本實驗研究一步彩虹全息圖。 一步彩虹全息圖與像全息圖在記錄時的主要差別在于：一步彩虹全息在記錄光路中插入了一個狹縫，使物體和狹縫的像同時被記錄于全息底片中，當(dāng)重現(xiàn)物體的像時，狹縫的像也將被重現(xiàn)出來。根據(jù)狹縫放置的位置不同，一步彩虹全息圖的記錄光路有兩種：一種是贗像記錄光路，另一種是真像記錄光路。 （1）真像

52、記錄：其原理光路如圖（1）所示。物體和狹縫均置于透鏡焦點之外，它們都在透鏡的另一側(cè)成實像O'和S'，將全息干板H放在兩個實像之間。對于干版而言，O'是實物，S'將成為虛物。經(jīng)曝光、顯影、定影、漂白處理后，用原參考光重現(xiàn)時，得到物的原始像是虛像，狹縫的像是實像。當(dāng)用白光重現(xiàn)時，由于白光波長連續(xù)變化，每一波長都在不同的位置形成自己的重現(xiàn)像及狹縫像，從而會出現(xiàn)按彩虹顏色排列的狹縫實像。在這些狹縫像的位置上，人眼便可看到不同色彩的準(zhǔn)單色像。當(dāng)眼睛沿垂直于狹縫實像方向移動時，因人眼的瞳孔大小有限，在一個固定方向只能看到一個準(zhǔn)單色的彩色像，因此隨著眼睛的移動可依次看到像的顏

53、色的變化，猶如天空的彩虹。彩虹全息圖由此得名。圖（1）一步彩虹全息真像記錄原理光路（2）贗像記錄：其原理光路如圖（2）所示。用會聚光作參考光，狹縫S置于透鏡焦點以內(nèi)，在透鏡的同側(cè)得到其放大的虛像S'；物體仍置于透鏡焦點以外，則其像成于透鏡另一側(cè)。當(dāng)用參考光的共軛光R*照明重現(xiàn)時，形成狹縫的實像和物體的虛像，眼睛位于狹縫實像處可以觀察到重現(xiàn)的物體虛像O'，它是一個贗像（即重現(xiàn)像的凹凸與物體正好相反）。當(dāng)用白光照明重現(xiàn)此全息圖時，每一種波長的光都將形成一個狹縫實像和物體的虛像，它們的位置隨波長而變化，最終形成彩虹全息圖。圖（2） 一步彩虹全息贗像記錄原理光路一步彩虹全息的優(yōu)點是制作

54、過程簡單，噪聲??；缺點是視場受透鏡孔徑限制較大，且由于物體經(jīng)透鏡成像時景深壓縮，因此物像相對原物體而言景深較小。 【實驗步驟】1.先按圖（3）搭起像面全息光路。注意使物光和參考光盡量等光程。物光和參考光的平均夾角在30°60°之間。夾角過大過小均不利于記錄和重現(xiàn)。 2. 在像面全息光路的基礎(chǔ)上，再在圖中加入一狹縫S，制作一步彩虹全息圖。布置光路時，因保留物體的橫向視差，需要狹縫豎直放置，故要將被拍攝物體水平臥放。觀察重現(xiàn)像時，全息圖片要在面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°角。如果拍攝時物體豎放而狹縫橫放，則參考光必須從斜上方自上而下入射，光路布置不便。 3.用毛玻璃確定物體實像的位置，調(diào)整物距以獲得適當(dāng)?shù)奈锵翊笮?，并調(diào)整物的方向，獲得良好的物像。在像后約1cm處放置干板架。再在干板架后面用毛玻璃找狹縫的像，調(diào)整狹縫，使狹縫的像到干板架的距離約2530cm，然后通過狹縫的像觀察物體的像是否完整。若物的像左右不全，可以加大狹縫寬度，但不要超過1cm。若物的像仍不全，則只有更換小一點的物體（或更換成像透鏡，或改變物距和像距，或者改變狹縫的位置）。4.調(diào)節(jié)分束鏡，使參考光與物光的強度之比在干板平面處約為3:1；注意參考光相對物像的入射方向，最好從底部向頂部，因為在用共軛光觀察時（贗像記錄方式），人們習(xí)慣于燈光從頂部向下方照明，否則最終觀察到的物像是倒放的。