實驗 全息干涉技術(shù)
——二次曝光法測量微小形變
全息干涉術(shù)是人們在大量全息照片的拍攝實踐中發(fā)現(xiàn)并發(fā)展起來的一門新的光學(xué)干涉技術(shù)．1962年第一張激光全息照片成功地拍攝以后不久，美國以利思（E.N.Leith）為首的全息研究小組偶然發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一張全息感光干板進(jìn)行了二次重復(fù)曝光，而在這二次曝光之間，被攝物又稍有移動，則攝得的全息照片的再現(xiàn)物像上將呈現(xiàn)出一些獨特的干涉條紋簇．對這些疊加于再現(xiàn)物像上的條紋進(jìn)一步研究表明，它們帶有被攝物體表面位移或變形的信息，根據(jù)這些條紋的疏密分布，可以定量地計算出物體表面各點位移的大小．
目前全息干涉技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于無損檢測、微小形變或振動的檢測、彈道和流場顯示、光學(xué)信息的存儲和處理等領(lǐng)域，并有著廣泛的發(fā)展前景．
【實驗?zāi)康摹?br>1．了解二次曝光全息干涉術(shù)的原理、特點及應(yīng)用；
2．通過用二次曝光法測量懸臂梁彎曲變形．

【實驗原理】

1．二次曝光全息干涉法
二次曝光全息干涉法就是在同一片感光板上分別記錄同一物體變形前后的兩張全息照片（全息圖）．先后二次曝光的唯一差別在于后一次曝光前該物體有了一個微小的變形或移動，而全息防振臺上的整個拍攝裝置、元件仍保持原狀，故當(dāng)在再現(xiàn)觀察時，用再現(xiàn)光波照射這張經(jīng)過雙重曝光后，又經(jīng)過化學(xué)沖洗處理（顯影、定影處理）的全息照片時，在看到再現(xiàn)物像的同時，還會在像的表面上看到由于物體的微小形變或位移而產(chǎn)生的干涉條紋．出現(xiàn)這種形變干涉條紋的物理解釋如圖1所示．S為被照明物體光波的波源，G為感光版上的任意點，設(shè)物點變形前、后位于Q1和Q2；形變所產(chǎn)生的物點實際位移是，所以，物光波由照明光波的波源發(fā)出后被Q1及Q2物點散射到G點，此二列散射光波在G點的位相差為

式中,間的夾角，λ 是拍攝時激光的波長，

從式（6）算出的梁上各點的變形位移與按二次曝光全息干涉照片再現(xiàn)虛像中測讀得到的全息干涉條紋的暗條紋次級分布求得的位移值dy比較，即可評價全息干涉技術(shù)的精度．
【實驗儀器】
全息防振臺，拍攝全息干涉照片用的光學(xué)元件，待測懸臂梁，He-Ne激光器（632.8 nm），臺虎鉗，千分表，顯影液（D-19），定影液（F-5）等．

【實驗內(nèi)容】
1．懸臂梁變形前后的二次曝光全息干涉照片的拍攝
（1）實驗光路如圖2所示，拍攝要點與注意事項與拍攝靜物的全息照片相同，但在本實驗中，二次全息拍攝曝光之間，當(dāng)全息干板一經(jīng)夾裝穩(wěn)妥，進(jìn)行了第一次變形前的拍攝后，整個拍攝的光路系統(tǒng)及各元件等均應(yīng)保持原狀，不能觸及．只能有效地使梁發(fā)生微小的彎曲變形（約ymax＝6～10 μm）它可由μ級千分表讀出．而且在使梁變形的整個動態(tài)變化過程中，均應(yīng)遮掩激光束，在暗綠燈下進(jìn)行操作，以免發(fā)生不必要的曝光．
（2）懸臂梁已由實驗室人員穩(wěn)妥可靠地夾持在臺虎鉗中，注意檢查根部夾緊的狀態(tài)，并使梁的長度軸向（x軸）垂直于鉗口平面．
待測梁表面刻有細(xì)格線，相鄰二刻線間距為10 mm，可以藉此確定任一測讀點Q的x軸位置而決定θ1i = θ2i的值．梁自由端的撓度ymax，由螺絲頂桿組成的加力裝置控制，變形大小靠安裝在另一側(cè)的μ 級千分表監(jiān)測．
（3）選擇好懸臂梁加載點的變形量（ymax）后，遮掩激光束，夾裝感光板，分別在變形前后進(jìn)行二次全息曝光．
（4）二次曝光后，將經(jīng)過顯影、水洗、定影、水洗（或漂白）的二次曝光全息干涉照片烘干．
2．懸臂梁變形時各點的撓度分布的測量
（1）將攝制完成并經(jīng)干燥的二次曝光全息照片，按正確的方法置于再現(xiàn)光路中〔可以是再現(xiàn)虛像的光路，也可以取再現(xiàn)實像的光路〕．
用單眼觀察（對再現(xiàn)虛像）或用屏接收實像，依次讀出并記錄梁上各級暗條紋及所對應(yīng)的位置xi（由于梁的根部夾持處變形為零，是0級亮條紋，依次向自由端計數(shù)時出現(xiàn)的暗條紋序數(shù)，將依次為1, 2, 3, …, k）．
ymax之值也可從梁上在x = L處的干涉暗條紋的級數(shù)值kmax用全息公式計算而得．
（2）將dy理論和dy值分別算出并比較之，在毫米方格紙上作出實驗曲線dy-x和理論變形曲線dy理論–x ．
【思考題】
1．在觀測全息干涉條紋時，若觀察點E變動，讀出同一物點的干涉條紋級序數(shù)是否會變化？整個干涉條紋的分布會不會變化（干涉條紋會不會移動）？
2．試分析本實驗中產(chǎn)生誤差的原因．如有可能試比較在計讀干涉條紋級序數(shù)時，用虛像觀測的辦法和用實像投影至毛玻璃上的測讀方法的優(yōu)缺點．
3．根據(jù)你自己的實踐體會總結(jié)拍攝二次曝光全息干涉照片，及測量微小變形的經(jīng)驗教訓(xùn)．
【附表】
實驗數(shù)據(jù)記錄表