『壹』 大學物理實驗中，全息光柵的製作及其參數測量用哪種方法
全息光柵的製作（實驗報告）完美版 (2009-10-12 23:25:34)轉載
標簽： 光柵 乾片 發散鏡 雙縫 白屏 教育
設計性試驗看似可怕，但實際操作還是比較簡單的~
我的實驗報告，僅供參考~
實驗報告封面
全息光柵的製作
一、 實驗任務
設計並製作全息光柵，並測出其光柵常數，要求所製作的光柵不少於每毫米100條。
二、 實驗要求
1、設計三種以上製作全息光柵的方法，並進行比較。
2、設計製作全息光柵的完整步驟（包括拍攝和沖洗中的參數及注意事項），拍攝出全息光柵。
3、給出所製作的全息光柵的光柵常數值，進行不確定度計算、誤差分析並做實驗小結。
三、 實驗的基本物理原理
1、光柵產生的原理
光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發生色散(分解為光譜)的光學元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細的圖樣，這些銳細而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當復色光通過光柵後，不同波長的譜線在不同的位置出現而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結果（如圖1）。
圖1
2、測量光柵常數的方法：
用測量顯微鏡測量；
用分光計，根據光柵方程d·sin =k 來測量；
用衍射法測量。激光通過光柵衍射，在較遠的屏上，測出零級和一級衍射光斑的間距△x及屏到光柵的距離L，則光柵常數d= L/△x。
四、 實驗的具體方案及比較
1、洛埃鏡改進法：
基本物理原理：洛埃鏡的特點是一部分直射光和另一部分反射鏡的反射光進行干涉，如原始光束是平行光，則可增加一全反鏡，同樣可做到一部分直射光和一部分鏡面反射光進行干涉，從而製作全息光柵。
優點：這種方法省去了製造雙縫的步驟。
缺點：光源必須十分靠近平面鏡。
實驗原理圖：
圖2
2、楊氏雙縫干涉法：
基本物理原理：S1，S2為完全相同的線光源，P是屏幕上任意一點，它與S1，S2連線的中垂線交點S'相距x，與S1，S2相距為rl、r2，雙縫間距離為d，雙縫到屏幕的距離為L。
因雙縫間距d遠小於縫到屏的距離L，P點處的光程差：
圖3
δ=r2-r1=dsinθ=dtgθ=dx/L sinθ=tgθ
這是因為θ角度很小的時候，可以近似認為相等。
干涉明條紋的位置可由干涉極大條件δ=kλ得：
x=(L/d)kλ,
干涉暗條紋位置可由干涉極小條件δ=(k+1/2)λ得：
x=(D/d)(k+1/2)λ
明條紋之間、暗條紋之間距都是
Δx =λ(D/d)
因此干涉條紋是等距離分布的。
而且注意上面的公式都有波長參數在裡面，波長越長，相差越大。
條紋形狀：為一組與狹縫平行、等間隔的直線（干涉條紋特點）d= L/△x
優點：使用激光光源相干條件很容易滿足。
缺點：所需的實驗儀器較復雜，不易得到。
實驗原理圖：
圖4
3、馬赫—曾德干涉儀法：
基本物理原理：只要調節光路中的一面分光鏡的方位角，就可以改變透射光和反射光的夾角，從而改變干涉條紋的間距。
優點：這種方法對光路的精確度要求不高，實驗效果不錯，易於學生操作。
缺點：這種方法對光路的精確度要求不高，實驗可能不夠精確。
實驗原理圖：
圖5
五、 儀器的選擇與配套
綜合考慮各方面條件，本次試驗採用馬赫—曾德干涉儀法，所需的實驗儀器有He-Ne激光發射器1架、發散鏡1面、凸透鏡1面、半反半透鏡2面、全反鏡2面和白屏、光闌各一、拍攝光柵用的乾片若干、架子。
六、 實驗步驟
（一）製作全息光柵
1.打開He-Ne激光發射器，利用白屏使激光束平行於水平面。
2.調節發散鏡和激光發射器的距離使激光發散。
3.調節凸透鏡和發散鏡的距離使之等於凸透鏡的焦距，得到平行光。
4. 調節2面半反半透鏡和2面全反鏡的位置和高度，使它們擺成一個平行四邊形（如圖5）。
5.調節半反半透鏡和全反鏡上的微調旋鈕，使得到的2個光斑等高，且間距為4-6cm。
6. 測出實驗中光路的光程差△l。
（在實驗中我們測得的光路的光程差△l=1.5cm）
（二）拍攝全息光柵
1.擋住激光束，把乾片放在架子上，讓激光束照射在乾片上1-2秒，擋住激光束，把乾片取下帶到暗房中。
2.把乾片泡在顯影液中適當的時間（時間長度由顯影液的濃度決定），取出，用清水沖洗，在泡在定影液中約5分鍾。取出，沖洗後晾乾。
3.用激光束檢驗沖洗好的乾片，若能看見零級、一級的光斑，說明此乾片可以用於測定光柵常數。
（三）測定所制光柵的光柵常數
實際圖：
此圖參照老師所給實驗內容報告上的圖來畫
圖6
原始數據表：
x
1
2
3
4
5
6
r（cm）
23.81
24.12
23.93
24.24
23.65
23.66
h（cm）
144.36
144.65
143.84
144.03
144.52
144.11
計算過程：
七、實驗注意事項
1、不要正對著激光束觀察，以免損壞眼睛。
2、半導體激光器工作電壓為直流電壓3V，應用專用220V/3V直流電源工作(該電源可避免接通電源瞬間電感效應產生高電壓的功能)，以延長半導體激光器的工作壽命。
八、 實驗總結
設計型實驗，原先並沒有接觸過。以前的實驗，都是了解了書上介紹的實驗原理後，嚴格按照書上的詳細步驟來做的，不需要自己去思考和研究太多的東西。這一次准備設計型實驗，讓我鍛煉了好多方面的能力。首先，書上給出的只有簡單而概括的指導，所有的東西都要自己去查資料，去想辦法解決。連試驗究竟是怎麼回事都不知道的情況下，要先去網上大概了解實驗內容和原理，然後查閱相關文獻，具體研究實驗方案。尤其，這次的試驗，需要我們自己提供三種以上的不同實驗方案，進行細致比較之後選定一種。這就要求我們熟悉和掌握每種方案的原理、具體操作步驟和對應的優點缺點，逐一分析比較之後，在將自己的選定方案展開。這一系列過程要花費大部分時間在圖書館，因為要在浩瀚的文獻中找到自己需要的，對於我這個還沒上完科技文獻檢索課的學生來說，真的有點困難。我的報告中，有一部分資料來源於互聯網，然而網上的東西又不完全符合我的要求，修修改改，總算弄得差不多了。其實，自己明白了原理，按照自己預先設計好的方案進行實驗，在具體操作過程中，問題並不大，可以說，做讓人費神的是預習時候的實驗報告的書寫。現在，實驗已經基本做完，感覺收獲卻是很大。以後，對於設計型實驗，也可以更熟練的進行了。
想說，在進行實驗的全部過程中，科學和嚴謹的態度是最重要的，不可以在不明白的情況下進行試驗，不可以在數據有問題的情況下繼續試驗，後期的實驗數據處理，也要認真對待。
『貳』 大學物理實驗 漫反射物體的三維全息投影的原理是什麼
全息投影技術的原理：
攝制原理：
其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序後，便成為一張全息圖，或稱全息照片。
其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個復雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不幹擾地分別顯示出來。
在3D投影前，要對物體進行120°的3D攝影。看過3D電影的讀者應該知道，如果取下3D眼鏡觀看，畫面有重影而模糊不清。這是因為，銀幕上的畫面並不是一幅，而是兩幅角度不同的畫面疊加的效果。
為了模擬「雙目效應」，我們必須拍攝出偏左側的畫面和偏右側的畫面。在拍攝時，其實有兩台3D攝像機同時工作，一台偏向演員左側，記錄偏左的圖像；一台偏向演員右側，記錄偏右的圖像，再通過電腦處理，將兩幅圖像疊加，便成了3D電影源。
視覺原理：
註：此為3D成像時的視覺原理。與此略有不同的是，全息投影實際上是真正地呈現出了3D影像。
每個人都有兩個眼睛，每個眼睛的視角大約為80度，但是兩個眼睛一起的視角只有120度，也就是說有40度的視角是重合的，所以我們的左右兩個眼睛所看到的的東西其實是不同的，比如你閉上左眼用右眼看或者反過來，就能測試出來效果，左右兩眼接收到的物體轉發給大腦做判斷物體的遠近才能形成立體感。3D立體技術就是模擬這個過程而形成的。
完成攝影後，在放映室里，3D電影源投放在一定角度的銀幕上，觀眾需要帶上3D眼鏡觀看。仔細觀察3D眼鏡，我們會發現左右鏡片上有密集而細小的朝向不同的條紋。左鏡片是縱紋，右鏡片是橫紋。正是這些條紋，我們才能看到美妙的3D立體圖。
完成攝影後，根據「雙目效應」，將圖像分解，讓左眼只看見偏左的畫面，右眼只看見偏右側的畫面，這樣才能使大腦產生遠近的判斷而生出立體感。在放映時，偏左的畫面和偏右側的畫面所用的投射光是不同的，雖然顏色畫面一樣，但投影用的光的傳播方向是不同的，偏左畫面用的是縱波光（光波沿縱向傳遞），偏右畫面用的是橫波光（光波沿橫向傳遞），由於偏振光的特點縱波光只能穿過縱紋，不能穿過橫紋，因此，透過左鏡片，我們只能看見偏左側的畫面，同理與右鏡片。
由此，重疊的畫面被分解，左眼只看見偏左側的畫面，右眼只看見偏右側的畫面，由於雙目效應，我們便產生了遠近感和立體感。