四、思考题（原理图见实验数据纸）
1． 把拍摄的全息光栅，用一束光垂直入射，测出 L，X，求光栅常数 d 及两束光的夹角 测量得 L=15.10cm ， X=5.65cm ， =arctan （X/2L）= 10.60
o
根据 l1=95.5cm，l2-92.5cm，l3=17.0cm，
l12 l22 l32 有 = arccos 10.21 2l1l2
2 2 I (O R)(O R)* OO * RR * OR * RO* O0 R0 2O0 R0 c o s ( 0 R )
O( x, y) O0 ( x, y) exp[ j 0 ( x, y)]
（2）
（3） （4）
用振幅透射率来表示其特性
H ( x, y) 0 ( x, y) exp[ j( x, y)]
2 此再现光波经过全息图后衍射波 C H C 0 Ct[O0 R02 2O0 R0 cos( 0 R )] （8）
（8）的第二项（由于第一项较小，大多数情况下可以忽略） ，可以认为：
CI C (O02 R02 ) COR * CRO *
（9）
sin u 的调制，所以 越小，其看到的主极大数就会越多。 u
由于大家的角度都在 10 度左右，所以差距不大； 2. 为了得到效果好的光栅，曝光过程中必须尽量保持周围环境稳定，如果发生抖动，光束 透过光栅时，其空间相干性就会变差，得到的条纹效果会变差； 3. 实验发现，干板的冲洗对光栅的效果也有影响，看上去“过黑”的光栅效果不好。分析 之：干板“过黑”的原因是其在溶液中反应时间过长，即干板上大部分甚至过多地发生反应 使之变黑（AgBr） ，有些本应该透光的部位变成了不透光的部分，显然影响实验结果，依然 是破坏了光束的空间相干性所致。
全息术（全息光栅）
一、实验目的
初步了解全息术的基本原理，并拍摄物体的三维全息图和制作全息光栅。
二、实验原理
1． 波前记录 为了记录物体发射光波的相位信息，要利用光的干涉 效应。因此在拍摄全息图时除了物光波外还必须有一束参 考光波，这两束光波应当具有良好的相干性，以便记录下 清晰的干涉条纹。图 3.5.1-1 是一般拍摄离轴全息图（也叫 作菲涅耳全息图）的光路图。为了说明全息图的形成过程， 取物体上的某一个发光点 O，并取全息干板平面为 Oxy 坐 标平面，如图 3.5.1-2 所示，设物点 O 的坐标和参考光点 R 的坐标分别为（x0，y0，z0）和（xR，yR，zR） ，则 Oxy 平 面 上 物 光 的 复 振 幅 分 布 为 （1） 在 Oxy 平面上参考光的复振幅分布： R( x, y) R0 ( x, y) exp[ j R ( x, y)] 参考光波和物光波在 Oxy 平面上干涉叠加后的光强为
（10）
这叫做晕轮光，当物体较小时它的空间频率不高，在拍摄全息图时，取稍大一些的参考光与 物光的夹角就可以避开它的影响，观察到清晰的原始图。
三、实验内容
1． 全息光栅
如图 3.5.1-4 所示来布置光路。分束板采用 50%反射率的平晶。使两个扩束镜（40×显 微物镜）的位置相对于全息干板面是对称的，这样就可以拍摄出理想的全息光栅（理由可参 见附录） 。如果加上空间滤波器，就可以保证所制作的光栅有很好的均匀性。可用下面所说 的方法检查所拍摄的光栅的质量： （1）将拍好并干燥的全息干板放在白炽灯前观察，应能观 察到白炽灯明亮的彩色衍射像。 （2）用经扩束、准直的激光照射全息干板，在一傅立叶透镜 的后焦平面上观察，应可以看到±1 级较亮的光斑。 实验仪器：氦氖激光器，50%分束板，扩束镜*2，全反射镜*2，电子光阀，光学平台，全息 干版，显影液，吹风机等
误 差 有
|
1 1
|
0 0
|
. .
6 2
|
0 1
3
推测其误差产生的原因可能有：实验测量长度使用的是卷尺，测量操作比较难以进行； 实验光路的水平并不能做到 100%水平，这一可能导致这一角度误差。 光栅常数 d

k 1 6328 A 3.570 m sin sin10各利用什么原理实现 波前记录： 利用干涉原理记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布。 通过 干涉法可以将物体光波在某波前的位相分布转换成光强的分布，从而被照相底片记录下来。 而两个干涉光波的振幅比和相位差决定了干涉条纹的强度分布， 所以在干涉条纹中就包含了 物光波的振幅和相位信息，亦即包含了物光波的全部信息。 波前再现：利用衍射原理进行光波的再现。用一个光波再照明全息图，光波在全息图上 就好像在一块复杂的光栅上一样发生衍射， 在衍射光波中包含原来的物光波， 因此当观察者 迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现象。 3． 如全息干版不小心打碎了，使用其中一块再现，问对再现像有什么影响，试说明理由
全息照相干板的特性可以用图 3.5.1-3 所示 的 τ-H 曲线来表示。因为 τ-H 曲线只在中间 一段近似为直线， 所以对于不同的曝光量 （光 强与曝光时间的乘积） ， 可以完成不同的记录 ——线性记录和非线性记录。在线性记录的 条 件 下 ，
H 0 H 0 tI
答：再现像上光的强度会减小一些，因为全息成像的原理是“点对面”的，即板上一点对应 整个再现像，故少一部分的干板只会使其强度减小，而不是使像残缺。
五、分析误差
实验发现，在最后使用激光照射全息光板以检验其光栅效果时，各组的现象有些许差异，大 部分的干板都能看见±1 级条纹，而±2 级只有少数几组才能看到，分析如下： 1. 各主极大条纹受到衍射因子
式（9）为全息照相的基本公式，式中第一项代表直射光，第二项代表原始像，第三项代表 共轭像。对有许多物点组成的物体，式（9）中 O O1 O2 O3 ... ，所以容易知道
2 O0 O1O1 * O2 O2 * ... O1O2 * O2 O1 * O1O3 * O2 O3 * ...
（5） Β 等于图 3.5.1-3 中线性区的斜率，将公式（3）中的光强表达式代入，得到拍好的全息图的 复振幅透射率 H 0 t[O0 R0 2O0 R0 cos( 0 R )]
2 2
（6）
2． 波前再现 设再现用的照相光波在 Oxy 平面上的分布为 C ( x, y) C0 ( x, y) exp[ j C ( x, y)] （7）