实验讲义_激光全息照相

36 实验7 激光全息照相 【实验目的】 1．了解全息照相的基本原理。 2．学习并掌握全息照相的基本实验技术。 【实验原理】 英国物理学家伽柏（D.Gabor）在1947 年，并非从三维成像（three dimensional imaging）的目的出发，而是为了提高电子显微镜（electron microscope）的分辨率，发明了全息术（holography）。他提出用物体衍射的电子波制作全息图（hologram），然后用可见光（visible light）照明全息图来得到放大的物体像。由于省去了电子显微镜物镜（objective），这种无透镜两步成像过程可期望获得更高的分辨率（resolution），伽柏用可见光验证了这一原理。 全息术的思想渊源来自波动光学（wave optics），全息术的发展，不仅有赖于激光（laser）的出现，还有赖于其它方面的贡献。伽柏曾经说过：“在进行这项研究时，我站在两个伟大的物理学家的肩膀上，他们是布喇格（W.L.Bragg）和采尼克（F.Zernike）。”这就是说，伽柏全息思想的萌生受到他们的启发。在发明全息术的前几年，伽柏看过布喇格的“X 射线显微镜（X-ray microscope）”（布喇格采用两次衍射使晶格的像重现），并注意到如若采用布喇格的方法还不足 以 记 录 傅 里 叶 变 换 的全部 信 息。为了解决 相位 记录 的问 题 ，伽柏想到了采尼克在研究透镜像差 （lens aberration）时使用过的“相干 背 景 ”，即 用“相干 背 景 ”作为参 考 波（reference wave），那 么 参 考 波与 衍射波（diffraction wave）（物波（object wave））相互 干 涉 ，用照相底 片 记 录 干 涉 图样 （interference pattern），便得到包 含 相位 （phase）信 息在内 的干 涉 图样 ，此 即 全息图。在全息图上，两个波相位 相同 处 产 生极 大，相反 处 产 生极 小 ，当 用参 考 光照明全息图时可重建 物波波前（wave front）。由于前人 未 掌握波前重建 ，故 直 到1947 年全息术的思想才 在伽柏的脑 子里 萌生。在最 初的实验里 ，由于所 用的光源（light source）很 弱 、 且 相干 长 度 （coherent length）小 ，必须 把 每 一实验器 件 都 布置 在同 一轴 线上（称 之 为同 轴 全息实验），这样 不可避 免 的受到孪生像（共 轭 像（conjugate images））的干 扰 ，使再 现的图象 不大理想，尽 管 如此 ，伽柏的实验首 次实现了全息记 录 和重建 波...