全息照相的教学之我见

刘祥鹏

【摘要】全息照相是一个非常重要的大学物理实验，是基于激光技术发展起来的一门现代科学技术。全息照相实验要求学生有足够强的动手操作能力和实验观察能力。但是，在实验操作过程中，学生往往会出现很多错误和问题。本文根据全息照相“干涉记录，衍射再现”的实验原理，对实验过程中的常见问题进行了分析，避免学生在实验过程中出现不必要的错误，影响实验成功率

【关键词】全息照相 教学 干涉

全息技术不仅在现代测试、现代存储以及信息处理与显示等技术领域中发挥着十分重要的作用，而且在许多科研和生活实践中扮演着重要的角色，比如：生物医学、天文观测、遥感等领域。全息照相实验是很多高校的必做物理实验，实验涉及了很多知识点，包含内容非常多。所以，这项实验对大学生的综合素质有着很高的要求，需要学生熟练掌握全息照相的实验流程，具备良好的实践操作能力，小组成员之间默契配合，对学生来说是一个非常大的挑战。全息照相实验的顺利完成不仅有利于增强大学生对完成物理实验的自信心，激发学生对大学物理实验的兴趣，还可以使学生充分了解全息技术的工作原理，拓展学生的知识面。

1全息照相的实验原理

其实，全息照相的实验原理并不复杂。全息照相与传统照相的工作原理完全不同，普通照相是利用透镜进行光学成像，不成使物体的成像具备立体感，而全息照相是运用光的干涉条纹将物光的相位和振幅记录下来，进而形成全息图。全息图可以作为光的衍射光栅，当光栅被照射时就会呈现出物体的图像。当单色光源通过分束板会形成两条一模一样的相干光，相干光在感光板上会形成明暗相间的干涉条纹，感光板记录下相位信息，形成全息照片。用参考光照射參考光，于是全息照片便于实物一样变得立体了。

2全息照相实验应该注意的问题

2.1学生应在课前做好实验预习，实验前讨论需注意的问题

学生应该在课前对全息照相物理实验进行充分的准备，包括对实验原理的理解、对实验流程的熟悉、思考实验中需要注意的问题等。充足的课前准备可以让学生有条不紊地操作，避免学生在实验过程中手忙脚乱，也不会因为不熟悉流程而进度缓慢。因此，充足的课前准备是十分重要的。同时，在实验操作之前，老师应该组织学生进行讨论，对实验过程中容易出现问题进行分析，最终确定先使物光与参考光在干版上的夹角为30度到50度，然后使物光与参考光的光程差小于5厘米，最后调整物光与参考光的光强比为1：1-1：10。这样可以帮助学生积极思考，减少布置光路所需的时间，提高全息照相实验的成功率。

2.2注意控制物光和参考光的光程差

控制好物光与参考光的光程差是非常重要的，如果物光与参考光的光程差不满足要求，感光板上将不会出现干涉条纹。由此可见，为了确保感光板上出现干涉现象，应该是物光和参考光的光程相等或光程差小于光源相干长度。由于物理实验室用的是氦氖激光器单色性好，所以只要学生不故意拉大光程差，光程问题还是很容易控制的。

2.3使物光与参考光的光强比满足条件

由于物光扩束后经物体再反射到感光板上后光强衰减非常严重，而参考光是直接投射到感光板上，光强没有怎么衰减，所以物光和参考光的光强相差比较大。因此，在实验过程中，应该想办法提高物光光强，使物光与参考光的光强比大致为3：5。提高物光光强可以有三种方法：第一，用经分束板后的强光做为物光。第二，减小物体和感光板之间的距离。第三，使参考光扩束镜远离感光板。

2.4使物光与参考光在干版上的夹角符合条件

当物光与参考光的夹角越大，感光板上的干涉条纹间距就越小。如果感光板的分辨率不够高，则分辨不出干涉条纹。但是，夹角太小的话，不利于对物像进行观察。因此，要调整物光与参考光的夹角既不要过大也不要太小。也一般情况下，使物光与参考光夹角保持在30度到50度。

2.5严格控制曝光时间

曝光时间也是保证全息记录质量的一个关键环节。如果曝光时间太长，不容易维持系统的稳定性，导致再现像比较模糊。如果曝光时间太短，系统的准备时间不够，也会造成再现像模糊的后果。同时，曝光时不能有太大的噪声和激烈的震动，否则也达不到拍摄的效果。曝光时间与很多因素有关，比如：如果光源的功率比较大则要适当减少曝光时间；如果光源的功率比较小则要适当延长曝光时间；如果物体反光比较强则要适当减少曝光时间；如果物体反光比较弱则要适当延长曝光时间等。因此，在实验过程中应该根据各组的实际情况，适当调整曝光时间。一般曝光时间在几秒到几十秒内。

2.6严格控制显影时间

显影时间的长短也会影响实验结果的一大因素。假如显影时间太短，则物像不容易再现；假如显影时间太长，干板会太黑，物像也不容易再现。因此，根据实际情况合理选择显影时间是很重要的实验步骤。显影时间与很多因素都有关联，比如：曝光时间、显影液浓度、实验室温度等。在实验显影过程中，一般通过观察绿色安全等下的刚光板变黑程度来判断所需的显影时间，也可以与显影合适的标准干板进行比较，从而判断显影时间。

2.7保证实验系统的稳定性

在全息照相实验中，保证实验系统的稳定性是实验是否能顺利完成的基础。如果实验系统没有良好的稳定性，那么其他的工作就不能正常进行，导致实验无法顺利完成。在全息照相实验过程中，要检查光路中的光学元件，使其满足稳定性的要求，并且进行实验时，外界不能有过大的震动和噪音，以保证干涉条纹不受外界影响，干涉条纹漂移量不能大于条纹间隔的四分之一。同时，全息照相实验前，要将光学器件用磁性底座固定在防震台上，锁好光学元件，保证在实验过程中光学元件不会移动。曝光的时候一定要保持周围环境的绝对安静，不要随意走动和交谈，进而影响曝光效果。

3总结

总而言之，老师应该注意培养学生的自主学习和探究能力，通过间接引导的方式，加深学生对全息照相实验原理的理解，熟练掌握实验的操作步骤。全息照相实验的成功率对学生提高自信心和激发学习兴趣有着很大的帮助。顺利完成全息照相实验可以培养学生实际操作能力和自主探究意识，推动大学物理实验课程教学质量的提高，达到预计的教学目标。

【参考文献】

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