全息照相的教學之我見

劉祥鵬

【摘要】全息照相是一個非常重要的大學物理實驗，是基于激光技術發展起來的一門現代科學技術。全息照相實驗要求學生有足夠強的動手操作能力和實驗觀察能力。但是，在實驗操作過程中，學生往往會出現很多錯誤和問題。本文根據全息照相“干涉記錄，衍射再現”的實驗原理，對實驗過程中的常見問題進行了分析，避免學生在實驗過程中出現不必要的錯誤，影響實驗成功率

【關鍵詞】全息照相 教學 干涉

全息技術不僅在現代測試、現代存儲以及信息處理與顯示等技術領域中發揮著十分重要的作用，而且在許多科研和生活實踐中扮演著重要的角色，比如：生物醫學、天文觀測、遙感等領域。全息照相實驗是很多高校的必做物理實驗，實驗涉及了很多知識點，包含內容非常多。所以，這項實驗對大學生的綜合素質有著很高的要求，需要學生熟練掌握全息照相的實驗流程，具備良好的實踐操作能力，小組成員之間默契配合，對學生來說是一個非常大的挑戰。全息照相實驗的順利完成不僅有利于增強大學生對完成物理實驗的自信心，激發學生對大學物理實驗的興趣，還可以使學生充分了解全息技術的工作原理，拓展學生的知識面。

1全息照相的實驗原理

其實，全息照相的實驗原理并不復雜。全息照相與傳統照相的工作原理完全不同，普通照相是利用透鏡進行光學成像，不成使物體的成像具備立體感，而全息照相是運用光的干涉條紋將物光的相位和振幅記錄下來，進而形成全息圖。全息圖可以作為光的衍射光柵，當光柵被照射時就會呈現出物體的圖像。當單色光源通過分束板會形成兩條一模一樣的相干光，相干光在感光板上會形成明暗相間的干涉條紋，感光板記錄下相位信息，形成全息照片。用參考光照射參考光，于是全息照片便于實物一樣變得立體了。

2全息照相實驗應該注意的問題

2.1學生應在課前做好實驗預習，實驗前討論需注意的問題

學生應該在課前對全息照相物理實驗進行充分的準備，包括對實驗原理的理解、對實驗流程的熟悉、思考實驗中需要注意的問題等。充足的課前準備可以讓學生有條不紊地操作，避免學生在實驗過程中手忙腳亂，也不會因為不熟悉流程而進度緩慢。因此，充足的課前準備是十分重要的。同時，在實驗操作之前，老師應該組織學生進行討論，對實驗過程中容易出現問題進行分析，最終確定先使物光與參考光在干版上的夾角為30度到50度，然后使物光與參考光的光程差小于5厘米，最后調整物光與參考光的光強比為1：1-1：10。這樣可以幫助學生積極思考，減少布置光路所需的時間，提高全息照相實驗的成功率。

2.2注意控制物光和參考光的光程差

控制好物光與參考光的光程差是非常重要的，如果物光與參考光的光程差不滿足要求，感光板上將不會出現干涉條紋。由此可見，為了確保感光板上出現干涉現象，應該是物光和參考光的光程相等或光程差小于光源相干長度。由于物理實驗室用的是氦氖激光器單色性好，所以只要學生不故意拉大光程差，光程問題還是很容易控制的。

2.3使物光與參考光的光強比滿足條件

由于物光擴束后經物體再反射到感光板上后光強衰減非常嚴重，而參考光是直接投射到感光板上，光強沒有怎么衰減，所以物光和參考光的光強相差比較大。因此，在實驗過程中，應該想辦法提高物光光強，使物光與參考光的光強比大致為3：5。提高物光光強可以有三種方法：第一，用經分束板后的強光做為物光。第二，減小物體和感光板之間的距離。第三，使參考光擴束鏡遠離感光板。

2.4使物光與參考光在干版上的夾角符合條件

當物光與參考光的夾角越大，感光板上的干涉條紋間距就越小。如果感光板的分辨率不夠高，則分辨不出干涉條紋。但是，夾角太小的話，不利于對物像進行觀察。因此，要調整物光與參考光的夾角既不要過大也不要太小。也一般情況下，使物光與參考光夾角保持在30度到50度。

2.5嚴格控制曝光時間

曝光時間也是保證全息記錄質量的一個關鍵環節。如果曝光時間太長，不容易維持系統的穩定性，導致再現像比較模糊。如果曝光時間太短，系統的準備時間不夠，也會造成再現像模糊的后果。同時，曝光時不能有太大的噪聲和激烈的震動，否則也達不到拍攝的效果。曝光時間與很多因素有關，比如：如果光源的功率比較大則要適當減少曝光時間；如果光源的功率比較小則要適當延長曝光時間；如果物體反光比較強則要適當減少曝光時間；如果物體反光比較弱則要適當延長曝光時間等。因此，在實驗過程中應該根據各組的實際情況，適當調整曝光時間。一般曝光時間在幾秒到幾十秒內。

2.6嚴格控制顯影時間

顯影時間的長短也會影響實驗結果的一大因素。假如顯影時間太短，則物像不容易再現；假如顯影時間太長，干板會太黑，物像也不容易再現。因此，根據實際情況合理選擇顯影時間是很重要的實驗步驟。顯影時間與很多因素都有關聯，比如：曝光時間、顯影液濃度、實驗室溫度等。在實驗顯影過程中，一般通過觀察綠色安全等下的剛光板變黑程度來判斷所需的顯影時間，也可以與顯影合適的標準干板進行比較，從而判斷顯影時間。

2.7保證實驗系統的穩定性

在全息照相實驗中，保證實驗系統的穩定性是實驗是否能順利完成的基礎。如果實驗系統沒有良好的穩定性，那么其他的工作就不能正常進行，導致實驗無法順利完成。在全息照相實驗過程中，要檢查光路中的光學元件，使其滿足穩定性的要求，并且進行實驗時，外界不能有過大的震動和噪音，以保證干涉條紋不受外界影響，干涉條紋漂移量不能大于條紋間隔的四分之一。同時，全息照相實驗前，要將光學器件用磁性底座固定在防震臺上，鎖好光學元件，保證在實驗過程中光學元件不會移動。曝光的時候一定要保持周圍環境的絕對安靜，不要隨意走動和交談，進而影響曝光效果。

3總結

總而言之，老師應該注意培養學生的自主學習和探究能力，通過間接引導的方式，加深學生對全息照相實驗原理的理解，熟練掌握實驗的操作步驟。全息照相實驗的成功率對學生提高自信心和激發學習興趣有著很大的幫助。順利完成全息照相實驗可以培養學生實際操作能力和自主探究意識，推動大學物理實驗課程教學質量的提高，達到預計的教學目標。

【參考文獻】

[1]熊翠秀，徐蘭云.基于素質教育的“全息照相”實驗開設模式探討與改革[J].中國電力教育，2013，（29）：99-101.

[2]潘云，蔡慧妍.激光全息照相實驗的改進方法研究[J].價值工程，2014，（29）：206-207，208.

[3]房若宇.激光全息照相實驗技術的改進[J].大學物理實驗，2013，26（5）：57-59.