全息干涉计量 全息干涉现象是人们在全息照相实践中发现的。全息干涉计量双曝光法，即实时全息干涉计量法，在精密测量，无损检测，动态监控，生物技术等方面有着广泛的应用前景。全息干涉计量又是科学技术上的一个新领域，涉及诸多相关学科技术。 本实验，光源采用连续波工作的激光器，摄取和再现被计量或监控物的静态形变状态。重点了解全息双曝光技术的基本原理，主要特征和操作要领。 一、实验目的 1．了解全息干涉计量的原理，有关应用及特点。 2．掌握全息干涉计量的双曝光法。 二、实验原理、应用及特点 全息干涉计量是全息照相技术目前应用最广泛的应用领域之一。它的基本原理是：借助全息干涉测量确定物体表面上的静态与动态的形变。就是，将没有形变的物体表面形状在第一次曝光中记录在一张全息图上，再将变形的该物体的表面形状在第二次曝光中记录在同一张全息图上。这种方法我们称为双曝光法。在全息图再现时就必定同时出现两个有细微差异的物体表面图象。在全息图上衍射的光互相重叠，并产生肉眼可见的干涉条纹，这些干涉条纹就是衡量物体表面形变的尺度。利用全息干涉图能够记录物光相位的变动和光程的变动。要是在形变的测量中，折射率是常数，光程的变动是由几何光程的变化而产生的干涉条纹。但也可以反过来，使几何光程为常数，折射率变化。具体操作可以这样来做，例如，将一物体放到一个玻璃容器中。在做两次曝光时变换填充于容器内的气体，或改变压力（加温）。这样，就会产生间隔可调的等高线；同样也可利用发射两种不同波长的一台激光器来达到。 在前面介绍的一个物体处在两种状态下通过两次曝光被记录在同一张感光材料上，物像再现时把这些变化状态同时再现出来。在静态形变状态下光源可以采用连续波工作的激光器，而在动态形变一般就必须采用脉冲激光器。 下面再介绍全息干涉计量另一种叫瞬时观察法（实时法）。 在这种方法中是将初始状态物体利用全息技术拍摄下来，在经光化学显影、定影之后，将感光版再极精确地放回到原拍摄位置上，或将感光材料留在原处实现使显影、定影。这样，就会在由全息图再现的图象上出现实际的物体。如果物体形变的话，就在物体上反射的光与在全息图上衍射的光相叠加，可以通过全息图看到衡量光程变化的干涉条纹。与双曝光法相比，这种方法的优点是：它不仅能够观察和测量两个变形状态，而且还能够测量诸如与时间、温度或机械力有关的任意个形变状态。这种因在物体形变的同一瞬间就可以观察相应的干涉花样的变化，故又称为实时干涉计量法。实时全息干涉计量法的优点在于：可观察和测量干涉条纹随温度或压力的变化情况，以及去除干扰后干涉条纹的恢复及变化情况，在实验中一目了然。有关全息干涉计量干涉条纹的定量分析问题比较复杂，涉及的相关面也比较多，这里不做介绍。 由于全息干涉计量能对物体表面形变作图示性的测量，干涉条纹的疏密形态直接反应表面形变的尺度，可直接鉴别出存在强应力的范围及变化趋势。因此，全息干涉计量法在技术上的应用有广阔的前景，另外，在材料无损检测方面除了减少材料的浪费之外，另一个优点就是增大了工作的可靠性，还可以大大提高工作效率。全息无损检测方法主要用来检验那些用一般方法检测有困难的材料。例如飞机机翼蜂窝板材、橡胶制件、橡胶——金属粘合件、粘接胶合件，也有金属材料等。过去这些材料多采用统计性的破坏爆裂压力等检测方法。 全息干涉计量的主要优势在于：（1）可做微量形变的检测；（2）测量时不必要接触检测物即非接触检测；（3）非破坏性检测。 三、实验仪器 氦氖激光器S，激光功率计，分光镜T，针孔滤波器，反射镜M，扩束镜L，准直镜P，有精密调整装置的干版架H，加力架F，毛玻璃屏，全息防震平台，全息记录材料，暗室必要设备及相关药品。 四、实验内容和操作步骤  1 双曝光实验参考光路 1．根据参考光路，设计本实验的实验光路 1）根据实验要求，及实验室提供的条件，按参考光路（图1）设计布置所做实验光路。 2）打开激光器，根据要计量物的特性设计和安排光路，调节光程及物光和参考光的光强比。 3）关上快门，装好感光版（乳胶面对着光），静置几分钟后，物体未变形时，将感光版曝光一次, 时间2~6秒，底版固定不动，挡住光源，让物体发生微小形变（加压力或温度），物体形变稳定达到平衡后，再将全息感光版曝光一次，取下感光版装进暗袋到暗室进行冲洗处理。 （4）将处理好的全息图片放回原光路中，挡住物光，用原参考光作再现光。也可直接用激光器全部光实现参考光条件来再现。根据再现图上的干涉花样来分析判断物体的变化。 五、思考题 (1)．简述全息干涉计量的实验原理。 (2)．设计并绘制一漫射物体的双曝光全息干涉光路。 (3)．绘制出你所做全息干涉计量的实验光路。 (4)．画出你所做全息干涉计量全息图再现的干涉花样。 (5)．全息干涉计量技术有什么独特计量优势？ (6)．说出干涉计量双曝光实验成功的关键步骤。 (7)．如何实现全息干涉计量物再现的保真性？ (8)．实时全息干涉计量有什么特点？ (9)．如果实验光路中要求平行光束怎样获得？如何检查光束的平行性？ (10)．物体加压发生微小形变部位受力未达平衡状态作第二次曝光，对再现图示有无影响？ Ｄ－１９高反差强力显影剂（全息照相用） 配　　方 作　　用 配　　方 作　　用  １．温水50(C，800毫升  ４．对苯二酚　　８克 显影剂  ２．米吐尔　　２克 显影剂 ５．无水碳酸钠　48克 促进剂  ３．无水亚硫酸钠　90克 保护剂 ６．溴化钾　　　５克 抑制剂  溶解后加水至1000毫升。显影温度为200~250显影时间为3~5分钟。 Ｆ－５酸性坚膜定影液（相纸、底片通用） 配　　　方 作　　　用  １．热水60(－70(C, 600毫升   ２．结晶硫代硫酸钠［Ｎa2S2O3·５Ｈ２Ｏ］ 240克 定影剂（溶去未感光的溴化银）  ３．无水亚硫酸钠15克 保护剂（使硫代硫酸钠遇酸时不易分解）  ４．醋酸［ＣＨ３ＣＯＯＨ］30％　45毫升　 停显剂、中和显影液  ５．硼酸［Ｈ３ＢＯ３］　7.5克 坚膜剂  ６．硫酸铝钾矾［Ｋ２ＡＬ２（ＳＯ４）２·２４Ｈ２Ｏ］ 15克 防止发生白色沉淀（亚硫酸铝）  加水至1000毫升。 全息照片漂白液配方 １．硫酸铜溶液　２０％ 42.5毫升 ３．饱和重铬酸钾溶液 １５毫升  ２．溴化钾溶液　２０％ 42.5毫升 ４．浓盐酸　　４８％ １０滴  加水至300毫升。 配制药液应注意的事项： 1、配制药液之前，应先将使用的工具及盛药液的容器洗刷干净，并将蒸馏水提升到所需要的温度。 2、按照配方所指定的前后顺序，将药剂徐徐放入蒸溜水的容器中，并随放随搅动，但搅动不要太猛。待一种药剂完全溶解，再放入第二种药剂（液体药剂也要搅动使其均匀）。 3、如果使用粉剂（自配方），药液配制后，需放置6~12小时以后方可使用，因为粉剂在短时间内溶解不够彻底，而且有时还会有沉淀物，只有较长时间的静置，才会使药液纯净。静置对于药液在显影中的稳定性是有一定好处的。 4、配制药液时，应按药液量准备容器，因为药液接触空气面大，时间长，就会使药液氧化变质。因此要求放置药液的容器的容量尽可能与药液量相等，当容器盖好后，盖子和药液之间才没有空隙。 5、在配制药液时，一定要按照配方所规定的前后顺序进行，并注意药剂的名称、剂量，切勿搞错。 药液的贮存： 配制好的药液，要保存在棕色的玻璃容器内，并存放于凉爽避光的地方。