大学物理光学的衍射论文1000字

篇一：大学物理光学论文论文

包头师范学院

2012 -2013学年第一学期期末考试课试卷

考试科目 光学信息技术原理及应用 成绩

院系物理科学与技术学院专业 物理 级 10 姓名 张艳有

任课教师签名：院系负责人签名：

全息摄影的介绍及其应用前景

物理科学与技术学院 10级物理系1班 张艳有 1009320036

摘要本文通过对全息摄影的介绍，来展现这种特殊照相技术与其他传统照相方式相比的优势和相关的应用，以及在特殊场合的应用。

关键字 全息摄影；激光光源；三维立体

一、全息摄影的百科名片

全息摄影亦称：“全息照相”，一种利用波的干涉记录被摄物体反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技术。全息摄影是通过一束参考光和被摄物体上反射的光叠加在感光片上产生干涉条纹而成。全息摄影不仅记录被摄物体反射光波的振幅（强度），而且还记录反射光波的相对相位。 二．原理

其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

全息原理是“一个系统原则上可以由它的边界上的一些自由度完全描述”，是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理。其实这个基本原理是联系量子元和量子位结合的量子论的。其数学证明是，时空有多少维，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。它们一起组成类似矩阵的时空有限集，即它们的排列组合集。全息不全，是说选排列数，选空集与选全排列，有对偶性。即一定维数时空的全息性完全等价于少一个量子位的排列数全息性；这类似“量子避错编码原理”，从根本上解决了量子计算中的编码错误造成的系统计算误差问题。而时空的量子计算，类似生物DNA的双螺旋结构的双共轭编码，它是把实与虚、正与负双共轭编码组织在一起的量子计算机。这可叫做“生物时空学”，这其中的“熵”，也类似“宏观的熵”，不但指混乱程度，也指一个范围。从“源于生活”来说，应该指。因此，所有的位置和时间都是范围。位置“熵”为面积“熵”，时间“熵”为热力学箭头“熵”。其次，类似N数量子元和N数量子位的二元排列，与N数行和N数列的行列式或矩阵类似的二元排列，其中有一个不相同，是行列式或矩阵比N数量子元和N数量子位的二元排

列少了一个量子位，这是否类似全息原理，N数量子元和N数量子位的二元排列是一个可积系统，它的任何动力学都可以用低一个量子位类似N数行和N数列的行列式或矩阵的场论来描述呢？数学上也许是可以证明或探究的。

1、反德西特空间，即为点、线、面内空间，是可积的。因为点、线、面内空间与点、线、面外空间交接处趋于“超零”或“零点能”零，到这里是一个可积系统，它的任何动力学都可以有一个低一维的场论来实现。也就是说，由于反德西特空间的对称性，点、线、面内空间场论中的对称性，要大于原来点、线、面外空间的洛仑兹对称性，这个比较大一些的对称群叫做共形对称群。当然这能通过改变反德西特空间内部的几何来消除这个对称性，从而使得等价的场论没有共形对称性，这可叫新共形共形。如果把马德西纳空间看作“点外空间”，一般“点外空间”或“点内空间”也可看作类似球体空间。反德西特空间，即“点内空间”是场论中的一种特殊的极限。“点内空间”的经典引力与量子涨落效应，其弦论的计算很复杂，计算只能在一个极限下作出。例如上面类似反德西特空间的宇宙质量轨道圆的暴涨速率，是光速的8.88倍，就是在一个极限下作出的。在这类极限下，“点内空间”过渡到一个新的时空，或叫做pp波背景。可精确地计算宇宙弦的多个态的谱，反映到对偶的场论中，我们可获得物质族质量谱计算中一些算子的反常标度指数。

2、这个技巧是，弦并不是由有限个球量子微单元组成的。要得到通常意义下的弦，必须取环量子弦论极限，在这个极限下，长度不趋于零，每条由线旋耦合成环量子的弦可分到微单元10的-33次方厘米，而使微单元的数目不是趋于无限大，从而使得弦本身对应的物理量如能量动量是有限的。在场论的算子构造中，如果要得到pp波背景下的弦态，我们恰好需要取这个极限。这样，微单元模型是一个普适的构造，也清楚了。在pp波这个特殊的背景之下，对应的场论描述也是一个可积系统。

三．全息摄影和普通摄影的区别和特点

1.区别

在普通摄影中,照相机拍摄的景物，只记录了景物的反射光的强弱，也就是反射光的振幅信息，而不能记录景物的立体信息。而全息摄影技术，能够记录景物反射光的振幅和相位。在全息影像拍摄时，记录下光波本身以及二束光相对的位相，位相是由实物与参考光线之间位置差异造成的。

从全息照片上的干涉条纹上我们看不到物体的成像，必须使用具有凝聚力的激光来准确瞄准目标照射全息片，从而再现出物光的全部信息。一个叫班顿的人后来又发现了更为简便使用白光还原影像的方法，从而使这项技术逐渐走向实用阶段。

2.显著的特点

a、 再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。

b、 拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上，一旦照片损坏也关系不大。

c、 全息照片的景物立体感强，形象逼真，借助激光器可以在各种展览会上

进行展示，会得到非常好的效果。

四．全息照相的拍摄要求

为了拍出一张满意的全息照片，拍摄系统必须具备以下要求：

⑴ 光源必须是相干光源

通过前面分析知道，全息照相是根据光的干涉原理，所以要求光源必须具有很好的相干性。激光的出现，为全息照相提供了一个理想的光源。这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性，实验中采用He-Ne激光器，用其拍摄较小的漫散物体，可获得良好的全息图。

⑵ 全息照相系统要具有稳定性

由于全息底片上记录的是干涉条纹，而且是又细又密的干涉条纹，所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊，甚至使干涉条纹无法记录。比如，拍摄过程中若底片位移一个微米，则条纹就分辨不清，为此，要求全息实验台是防震的。全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上。另外，气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。因此，在曝光时应该禁止大声喧哗，不能随意走动，保证整个实验室绝对安静。我们的经验是，各组都调好光路后，同学们离开实验台，稳定一分钟后，再在同一时间内爆光，得到较好的效果。

⑶ 物光与参考光应满足

物光和参考光的光程差应尽量小，两束光的光程相等最好，最多不能超过2cm，调光路时用细绳量好；两束光之间的夹角要在30°～60°之间，最好在45°左右，因为夹角小，干涉条纹就稀，这样对系统的稳定性和感光材料分辨率的要求较低；两束光的光强比要适当，一般要求在1∶1～1∶10之间都可以，光强比用硅光电池测出。

⑷ 使用高分辨率的全息底片

因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于银化物的颗粒较粗，每毫米只能记录50～100个条纹，天津感光胶片厂生产的I型全息干板，其分辨率可达每毫米3?000条，能满足全息照相的要求。

⑸ 全息照片的冲洗过程

冲洗过程也是很关键的。我们按照配方要求配药，配出显影液、停影液、定影液和漂白液。上述几种药方都要求用蒸馏水配制，但实验证明，用纯净的自来水配制，也获得成功。冲洗过程要在暗室进行，药液千万不能见光，保持在室温20℃在右进行冲洗，配制一次药液保管得当可使用一个月左右。

五 特点和优势

其显著的特点和优势有如下几点

1． 再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。

2． 拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上，一旦照片损坏也关系不大。

3． 全息照片的景物立体感强，形象逼真，借助激光器可以在各种展览会上进行展示，会得到非常好的效果。

六．全息摄影的日常生活和特殊场合的应用

在生活中，也常常能看到全息摄影技术的运用。比如，在一些信用卡和纸币上，就有运用了俄国物理学家尤里?丹尼苏克在20世纪60年代发明的全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。但这些全息图像更多只是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的，它们的感光度低，色彩也不够逼真，

远不到乱真的境界。研究人员还试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂，用来制作全息识别设备。在一些战斗机上配备有此种设备，它们可以使驾驶员将注意力集中在敌人身上。把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来，展出时可以真实地立体再现文物，供参观者欣赏，而原物妥善保存，防失窃，大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标识出现在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹，使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。模压全息标识，由于它的三维层次感，并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的防伪标记，再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。

早在激光出现以前，1948年伽伯为了提高电子显微镜的分辨本领而提出了全息的概念，并开始全息照相的研究工作。1960年以后出现了激光，为全息照相提供了一个高亮度高度相干的光源，从此以后全息照相技术进入一个崭新的阶段。相继出现了多种全息的方法，不断开辟全息应用的新领域。伽伯也因全息照相的研究获得1971年的诺贝尔物理学奖金。

最早的全息摄影作品转机出现在一位美国合伙人的加入之后。他所拥有的机器能将“终极”母版上的全息图像复制到杜邦公司制造的某种聚合体材料上。尽管这些图像还达不到“终极”胶片上的图像水准，但却远比从前的聚合体材料上的全息图像好多了。伴随着这种杜邦材料上的全息图像的大规模生产，使用“终极”胶片的工业化生产也是指日可待。

参考文献和相关网址

[1]http://baike.baidu.com/view/700107.htm

[2] http://baike.baidu.com/view/2600827.htm

[3] http://baike.baidu.com/view/4744346.html

[4] http://wenku.baidu.com/view/5139721aa8114431b90dd833.html

篇二：物理光学 课程论文

Harbin Institute of Technology

课程设计说明书（论文）

课程名称：院 系：班 级：设 计 者：学 号：指导教师：设计时间：

哈尔滨工业大学

共路激光干涉测长系统

摘要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。用激光检测关键技术实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。激光干涉仪在精密测量领域占有重要地位，是纳米测量的重要工具。本文提出了一种新型的激光干涉光路，两光臂呈完全共路结构，使干涉条纹信号具有极强的抗干扰能力。

关键词：干涉测长；激光干涉；共路原则

一、干涉测长的基本原理

激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪,用干涉条纹来反映被测量的信息。干涉条纹是接收面上两路光程差相同的点连成的轨迹。激光器发出的激光束到达半透半反射镜P后被分成两束，当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强形成亮条纹；当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，它们相互抵消形成暗条纹。两束光的光程差可以表示

???nili??njlj (1)

i?1J?1NM

式中ni,nj分别为干涉仪两支光路的介质折射率；li,lj分别为干涉仪两支光路的几何路程。将被测物与其中一支光路联系起来，使反光镜M2沿光束2方向移动，

每移动半波长的长度，光束2的光程就改变了一个波长，于是干涉条纹就产生一

个周期的明、暗变化。通过对干涉条纹变化的测量就可以得到被测长度。

图1 激光干涉测长仪的原理图

被测长度L与干涉条纹变化的次数N和干涉仪所用光源波长?之间的关系是 L?N?

2 （2）

式（2）是激光干涉测长的基本测量方程。

二、激光干涉光路设计原理

激光干涉光路是在激光偏振干涉仪的基础上进行改进，将激光多普勒技术与激光偏振干涉测量技术相结合，形成独特的光路结构。共路激光干涉光路如图2

所示。

图2 共路激光干涉光路

干涉光学系统由激光器、偏振分光镜、反射镜、衍射光栅、偏振片和凸透镜组成。平移台用于固定衍射光栅和产生位移。四元光电探测器用于检测干涉条纹。激光器发出频率为f、波长为??的激光束，经过偏振分光镜后分成p 光和s 光，分别射向衍射光栅，经光栅衍射后形成+1 级和-1 级两束衍射光。这两束衍射光经过反射镜反射，再次射向衍射光栅，经过二次衍射后形成(+1,+1) 级和(-1,-1) 级两束衍射光。(+1,+1)级衍射光为p 光，(-1,-1) 级衍射光为s 光。两束光再次经过偏振分光镜，分别通过和被反射。之后，通过调整偏振片的角度改变p 光和s 光的振动方向，使两束光发生干涉，经凸透镜放大后，干涉条纹信号由四元光电探测器进行接收。当衍射光栅沿X 轴发生位移时，引起p 光和s 光的频率变化，使条纹随之移动。光电探测器接收周期性变化的条纹信号，通过后续处理，得出光栅的位移量即被测物体的位移量。共路原则就是使测量光束和参考光束走近乎同一路径。将测量镜和参考镜安装在同一基座上，这样外界干扰因素及基座变形对测量光束和参考光束的影响接近相同，从而减小或消除外界干扰带来的附加误差。本系统两束光均为测量光，所经路径完全相同，符合共路原则。两束光共路关系如图3 所示。图(a) 表示p光路径，图(b) 表示s 光路径。

图3 两光臂共路分析

三、测量理论公式推导

当激光光束射向衍射光栅时，发生光的衍射。光栅方程的普遍形式为

??（????????±????????）=????(3) 式中，i 为入射角，θ 为衍射角，m=0，±1，±2 ，…。在考察与入射光同侧的衍射光时，(3) 式取正号；在考察与入射光异侧的衍射光时，(3) 式取负号。以左侧一次衍射光路为例，如图4 所示。

图4 左侧一次衍射光路图

光束入射角i 为45°，衍射角为θ，各级衍射光中用于测量的是＋ 1 级衍射光。根据式(3)，得

篇三：大学物理光学实验报告

实验十：光栅衍射

一、实验目的

1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。

二、实验仪器

分光计 光栅 钠光灯平面反射镜

三、实验原理

光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a，不透光部分为b，则a?b为光栅常数。

设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。

衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为?的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。

由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为(a?b)sin?，如果光程差为波长的整数倍，在P点就出现明条纹，即

(a?b)sin???k?

(k?0,1,2,?) 这就是光栅方程。

从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。

四、实验步骤

1、调整分光计。

使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状平行光管发出平行光。 2、安置光栅

将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动镜观察第一、二级衍射条纹。

（

态，

） 上

。

望远

3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角?，并记录。

五、数据记录

?1?[(?1??1')（右边读数）+(?1??1')（右边读数）]/4 ?2?[(?2??2')（右边读数）+(?2??2')（右边读数）]/4

六、数据处理

将上表中的?1、?2分别代入光栅方程(a?b)sin??k?计算出6个波长，（a?b?

1

mm） 300

?1? ?2? ?3? ?4? ?5? ?6?

计算平均波长：?

绝对误差：??? （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 相对误差：E??

??

?100%?

结果表示：??(???)nm?nm。

七、思考题

实验十一：迈克尔逊干涉

一、实验目的

1、掌握迈克尔逊干涉仪的干涉原理，学习其使用方法；

2、观察迈克尔逊干涉仪的等顷干涉的特点； 3、测量He?Ne激光的波长。

二、实验仪器

迈克尔逊干涉仪 多光束激光电源

三、实验原理

迈克尔逊干涉仪主要光路如图，G2G1为分光板，

为补偿板。由激光源S发出的光线1入到背面有镀膜的分束镜G1上，光线被分为光线2和光线3。光线2由G1反射到反射镜M1，再经M1反射，穿过G1到达观测屏E。光线3由G1透射，经G2入射到M2上，经M2反射，穿过G2，由G1反射到E。光线2，3在E相遇，这两束相干

'

光产生干涉。这两束光可以认为是从M1和M2的虚象M2反射的反射光。由于M1和M2严格''垂直，因此M1和M2严格平行，所有经M1和M2的反射光经透镜会聚到焦平面E上，不同入

射角的光线会聚到E的不同位置，相同入射角的光线形成等倾条纹，其形状为一系列的同心圆环。当入射角为i时，光程差满足??2dcosi?k?时，在焦平面上形成亮条纹。i?0时，

??2d?N?。当M1移动时，可以看到干涉条纹从中心一环一环的“冒出”或“陷进”，M1每移动?/2，中心就会“冒出”或“陷进”一环条纹，因此测量M1移动的距离?d和条纹变化的条数?N可以计算出入射光的波长，即??

2?d

。 ?N

四、实验步骤

1、调整干涉仪调整干涉仪下面的三个调平螺钉，使干涉仪处于水平状态。转动粗调手轮使M1的指针在30--40mm。

2、仪器调节打开电源，点亮激光器，使激光经G1反射和透射后能照亮M1和M2的大部分。移开观测屏E，可以看到由M1和M2反射的两排光点，调节M1和M2后的三个调节螺钉，选两排光点中亮度最大的两个光点重合。从观测屏E上能看到干涉条纹。

3、测量He-Ne激光波长

刻度基准线零点校准，转动微调手轮使对准“0”刻度，在转动粗调手轮使刻度线对准某

一刻度。转动细调手轮，直到能看到干涉条纹从中心一环一环的“冒出”或“陷进”。并将中心调为暗斑，记录M1的所在位置坐标。转动细调手轮，使干涉条纹从中心一环一环的“冒出”或“陷进”，每中心“冒出”或“陷进”100个环记录一次数据。记录10次数据。

五、数据记录

六、数据处理

2?di?106

(nm)计算出5个波长 根据?i?

500

?1? ?2? ?3? ?4? ?5?

计算平均波长：?

绝对误差：??? （取平均波长与5波长的差中的最大者） 相对误差：E??

??

?100%?

结果表示：??(???)nm?nm。

七、思考题

实验十二：分光计
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