全息光学元件的设计与制作实验设计
全息光学元件的设计与制作
小组成员：李贺谢佳衡杨森用全息图可再现光波的波前，或者说它对入射光具有相位调制的能力。在某些场合，全息图有可能代替普通透镜、棱镜、光栅，作为成像、转像、准直、分光元件。这种全息图就称为全息光学元件（HOE）。它使用感光记录介质制作的，其功能基于衍射原理，是一种衍射光学元件（DOE）。普通光学元件是用透明的光学玻璃、晶体、或有机玻璃制成的，起作用基于光的直线传播、光的反射、折射等几何光学原理。全息光学元件主要有全息光栅、全息透镜、全息扫描器、全息滤波器等。我们这里要制作的是全息光栅和全息透镜。
实验一马赫-曾德干涉仪法（分振幅法）制作全息光栅
【实验目的】
1．学习掌握制作全息光栅的原理和方法。
2．学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。
3．通过实验制作一个低频全息光栅和一个复合光栅，并观察和分析实验结果。
【实验仪器】
1. 光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm
针孔的针孔滤波器组合两套。
2. 扩束透镜（20~40倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。
3. 20mW He-Ne 激光器一台。
4. 全息干板，显影、定影设备和材料。
5. 电子快门和曝光定时器一套。
【实验原理】
全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅）。下面介绍制作平面全息光栅的光路布置、设计制作原理。
1、全息光栅的记录光路
记录全息光栅的光路有多种，图 1 和图 2 是其中常见的两种光路。
在图 1 所示光路中，由激光器发出的激光经分束镜 BS 后被分为两束，一束经反射镜 M 1反射、透镜 L 1 和 L 2 扩束准直后，直接射向全息干板 H；另一束经反射镜 M 2 反射、透镜
L 3和 L 4 扩束准直后，也射向全息干板 H 。图中，S 和 A 分别为电子快门和光强衰减器，电子快门与曝光定时器相连，用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等距直线干涉条纹。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就得到一个全息光栅。
在对称光路布置下，光栅周期 d 或空间频率 f0 由下式确定：
式中，θ是两束平行光之间的夹角，λ是激光波长。由（1）式可以看出，通过改变两束光之间的夹角可以得到不同空间周期或频率的全息光栅，当 θ 减小时，周期d 增大、频率0f
减小；对于低频光栅，θ很小，利用小角度近似，可以用下式来计算光栅的周期和频率：
从图 1 可知，在 θ 值较小时，有,，将之代入（2）式可得：
实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空间频率。
图 2 所示光路是马赫—曾德干涉仪光路。由激光器发出的激光经 M1反射、透镜 L1 和 L2扩束准直后，变成平行光；该平行光束经分由束镜 BS 1 后被分为两束，一束经反射镜 M2 反射，再透过分束镜 BS2后射向全息干板 H ；另一束经反射镜 M3反射、再经分束镜
BS
2 反射后射向全息干板 H 。图中 S 是电子快门，与曝光定时器相连，用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等距直线干涉条纹。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就得到一个全息光栅。所形成的全息光栅的空间周期和空间频率仍然可用（1）式和（2）式确定。实验中可用图 2(b)所示的方法来测量计算光栅的空间周期和空间频率，其中 L 是焦距已知的透镜，把它放置在图 2(a)所示光路中的全息干板 H 处，在透镜后焦面上测量得到两平行光束会聚点之间的距离 2D ，则有
成立，将之代入（2）式可得
(4) 采用图 2 所示光路制作全息光栅时，实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空
间频率。
2、复合光栅
所谓复合光栅是指在同一张全息干板上记录两个栅线彼此平行但空间频率不同的光栅。复合光栅采用两次曝光方法来制作。设第一次曝光记录了空间频率为0f
的光栅，然后保持光栅栅线方向不变，仅改变光栅的空间频率，在同一张全息干板上进行第二次曝光，设第二次
曝光记录的光栅的空间频率为'0f 。合理选择两次曝光的曝光时间和显定影处理条件，经处理后就可得到一个复合全息光栅。复合光栅上将出现莫尔条纹，莫尔条纹的空间频率m f 是0f 和 '0f 的差频，即
例如，若0f =100 线/mm ，'0f =102 线/mm 或 98 线/mm ，则莫尔条纹的空间频率m f 为 2
线/mm 。这种复合光栅可用于光学图像微分运算。
拍摄复合光栅的光路仍可采用图 1 或图 2 所示的光路，为了改变第二次曝光时的光栅空间频率，只需改变两束平行光的夹角 θ 即可。改变夹角 θ 的方法有两种，一种是在图 1 所示光路中适当平移、并在水平方向旋转反射镜 M 1 和 M 2，在图 2 所示光路中适当平移、并在水平方向旋转反射镜 M 2 和 M 3（也可旋转分束镜 BS 2）；另一种方法是在水平方向（以竖直方向为轴）旋转全息干板 H ，如图 3 所示，以便改变夹角 θ 。其中，第二中方法操作简便，并且对于一定大小的Δ
0f 或 m f ，其所需要的调节量较大，便于提高精
度。
由图 3 可知，当干板转动一个小角度 ? 时，对应干涉条纹的空间周期变为：
莫尔条纹的空间频率为
根据设定的
0f 和Δ0f ，由此式可计算出干板应转动的角度 ? 。例如，若0f =100 线/mm ， Δ0f = 2线/mm ，则有
实验中， ? 角的改变可以通过调节干板夹持架下面的带有刻度的旋转台来实现。
【实验内容与步骤】
（一）实验内容
采用图 2 所示光路。（1）拍摄一个空间频率0f = 100 线/mm 的低频光栅，并采用衍
射方法初步测量其空间频率；（2）拍摄一个复合光栅，第一次曝光记录光栅的空间频率为 100 线/mm ，第二次曝光记录光栅的空间频率为 98 线/mm ，即莫尔条纹的空间频率为 2 线/mm 。
（二）实验步骤
1．低频全息光栅的制作
（1）参数光路估算 根据要求制作的全息光栅的空间频率
0f ，参照图 2(b)、由（4）式计算出 D 。实验中，λ = 632.8nm ，
f = 400mm 。
（2）调光路布置和调整
（a ）首先保证从激光器出射的细激光束平行于台面；（b ）用细激光束调整光路中各元器件的高度和中心位置，并使各元器件的光轴平行于台面；（c ）按图2所示光路先放置好反射镜M1和电子快门S ，再用L1、L2及针空滤波器将细激光束扩束准直成平行光；（d ）放置好分束镜BS1，使平行光尽量以45度角入射，入射平行光被BS1分成两束；（e ）放置反射镜
M2和M3及分束镜BS2，使BS1、M2、M3和BS2的位置近似成矩形；（f ）调节M2和M3或BS2，使经BS2反射和透射的平行光以一定角度在全息干板H （此时以毛玻璃屏代替）上交叠；（g ）在全息干板处放置透镜L ，在透镜后焦面上放置毛玻璃屏，调节M2和M3或BS2，使两会聚点之间的距离达到要求的值；（h ）熟悉了解电子快门和曝光定时器的使用。光路调整完毕后，将各调整底座固定好，不要再碰各元器件。
（3）准备显影、定影材料
把三个适当大小的水槽依次放置好，按自左至右（或反之）依次在其中加入适量的显影液、清水和定影液。
（4）曝光
（a ）按照激光器输出功率大小和所使用的全息干板来决定的曝光时间（一般由由指导教师根据事先的实验给定），调整好曝光定时器；（b ）记下光束在毛玻璃屏上交叠
的位置，关闭电子快门和室内灯光，取下干板架上的毛玻璃屏、换上全息干板，使全息干板 的感光药膜面对着入射光束，此后不要再碰光学平台及其上面的各元器件，稳定一分钟左右；（c ）控制曝光定时器进行曝光。
（5）显 影、定影处理
完成第（4）步后，将曝光后的全息干板取下来，按给定的显影、定影时间进行处理。
处理完毕后用清水进行充分的冲洗，然后凉干，得到全息光栅。
（6）观察实验结果
（a ）将凉干后的光栅放置在支架上，并在其后放置透镜 L ，用其中的一束平行光束垂
直照射，在透镜的后焦面上用毛玻璃屏接收，构成图 4 所示的光路。从毛玻璃屏上即可观察到光栅的衍射图样。
在观察屏上，如果只出现中间的三个亮点（0 级和±1 级），则说明所制作的光栅是正
余弦型的；如果出现 0 级、±1 级、±2 级、±3 级、……级亮点，则说明所制作的光栅是非正余弦型的；如果出现很多级亮点，则说明所制作的光栅接近矩形光栅。要想得到正余弦型光栅，需要在充分了解全息干板的感光特性的基础上严格控制曝光、显影和定影时间，一般情况下制得的是非正余弦光栅。如果要制得矩形光栅，则要用高反差系数 γ 的全息干板；高 γ 值干板的宽容度很小，可近似认为当曝光量达到某一值时就饱和曝光，曝光量小于该值时就不曝光，因而可形成接近矩形的光栅。此外，由于实验中所采用全息干板的感光药膜较薄，其厚度与光栅周期相比很小，所以实验所制作的光栅属于平面光栅。
（b ）在图 4 所示光路中，测量得到±1 级亮点之间的距离 p ，就可根据下式计算得到
光栅实测的空间频率，用''0f 表示。此值应与设计要求值基本一致。
【拓展实验】
复合全息光栅的制作
仍采用图 2 所示光路，所不同的是要进行两次曝光，并在两次曝光之间，将全息干板
旋转适当角度。第一次曝光记录光栅的空间频率为 0f
=100 线/mm ，其步骤与上述的（1）—
（4）相同。在第一次曝光完毕后，按计算要求的角度 ?
调节干板下面的旋转台，不要碰台
面上的其它任何器件。调节完毕后稳定三十秒到一分钟，再进行第二曝光，时间与第一次曝光的时间相同。两次曝光完毕后，按上述的第（5）步进行显影、定影等处理，即可得到复合全息光栅。
对着普通光源观察，可以观察到复合光栅上的莫尔条纹，也可采用图 4 所示的光路测量光栅的空间频率，并与设计值进行比较。
实验二全息透镜的制作
全息透镜又分为同轴全息透镜、离轴全息透镜和反射全息透镜。由于全息透镜类似于菲涅耳波带片，所以全息透镜又叫全息波带片。和普通透镜相比，全息透镜具有重量轻、造价低、相对孔径大，易于制作和批量复制；以及在同一张全息片上可具有多功能（如聚焦、分束、滤波和多重记录）等优点，因而在许多领域已获得了应用。
【实验目的】
1、掌握几种全息透镜的制作原理和制作方法，并制作出几种全息透镜进行观察。
2、通过对全息透镜成像的认识，帮助理解普通三维物体的全息照片再现原物的立体像的机理。
【实验仪器】
He-Ne 激光器一台(30mW 左右)；扩束镜1 只；分束镜2 个；反射镜2 个；φ50 准直镜2 只；干板架1 个；观察白屏1 个；电子快门1 个；全息干板若干小块。
【实验原理】
图1（a）所示为全息透镜的制作原理。点光源A 发出发散的球面波，而B 则是一个会聚球面波的交点，两光波相干；在两束光相重叠的干涉场内，放置一种全息记录介质，通过曝光和显影等处理，就可以制成全息透镜。
图 1 全息透镜的记录及其光栅结构
图 1 (b,c)是全息透镜的光栅结构。如果记录介质表面中心的法线与 A 、B 两点的连线相重合，则是同轴全息透镜，如图 1(c)所示；否则便是离轴全息透镜，如图 1(b) 所示。
全息透镜的特性可以用它的透射系数来表征。
设两光波在记录介质表面的复振幅分别为：
00exp(i ),exp(i )A B A A B B =ψ=ψ (1)
式中 A 0、B 0代表振幅，ψA 、ψB 是相对于坐标原点（即透镜中心）的位相函数。由图 1(a) 可见
00(),()A B k QA OA k QB OB ψ=-ψ=- (2)
式中k 0 = 2π/λ0，λ0是记录时所使用的光波长。根据两光束的干涉原理，对于薄振幅型全息图，在线性记录的条件下，透射系数为：
222
00002cos()H A B A B A B A B τ??∝+=++ψ-ψ?? (3)
或简化为： 012cos()H A B τττ=+ψ-ψ (4)
亦即：
[][]{}01exp i()exp i()H A B A B τττ=+ψ-ψ+-ψ-ψ (5)
式中τ0 是平均透射系数，τ1 代表调制深度。
式（4）说明线性记录的光栅结构是正弦型的，式（5）则表明一个正弦型的薄全息透镜的作用相当于三个普通的光学元件。
图 2 代表同轴全息透镜的成像光波分布。图中 O 是轴上物点，I 是正一级衍射像（正透镜的作用），I '是负一级衍射像（负透镜的作用）。
图 2 同轴全息透镜轴上物点的成像
由于全息透镜是衍射光学元件，自物点 O 发出的球面波通过各透明带时将发生衍射，形成像点的光满足光栅方程：
(sin sin )m i in on d θθλ
-= (m = 0,±1)
(6) 式中θOn 为入射角，θIn 为衍射方向与法线的夹角，d i 为光栅间距。因为这里的光栅不是等间距的，所以用脚标 i 表示自中心向外数起的序号， m 表示衍射级次。
图 3 是轴外物点成像的情况。
图 3 同轴全息透镜轴外物点的成像
我们采用几何分析方法，利用透镜的透射系数来讨论全息透镜的三个作用。
普通薄透镜的透射系数为：
222
exp(ik )exp(ik )2'2'
e x y
f f ρτ+=-=- (7) 式中 f '为焦距，f '>0 是正透镜，f '<0 是负透镜，k =2π/λ，λ是物光波长，ρ是透镜的径向坐标。
在同轴全息透镜的情况下，容易看出：
2222]2]2A A A B B B x y k z k z x y k z k z ?+ψ=-≈-???+?ψ=-≈-??
2222111()22'
A B A B x y x y k k z z f ++ψ-ψ=--=- (8)
式中 111'A B
f z z =-，f ' 表示全息透镜＋1 级像的像方焦距。 将式（8）代入式（5）中，得
22220111exp exp 2'2'H x y x y ik ik f f τττ??????++??=+-+??????????????
(9)
把上式同式（7）比较，很容易看出，一个正弦型同轴全息透镜的作用，相当于一个平板玻璃、一个正透镜和一个负透镜的作用。 全息透镜有与普通透镜相似的一面，即能聚焦、成像，其焦距为
'()B A B A z z f z z μ=- (10)
其中μ=λ/λ0，λ0是记录时使用的光波长，λ是成像时物光的波长，可见，全息透镜的焦距与所使用的光波长有关。 若λ=λ0（成像和记录使用同一波长的光），则焦距变为：
'B A B A z z f z z =- (11)
相应的物象关系为： 0111'
I O z z f -= (λ=λ0 时) (12)
式中z I 为像距，z O 为物距。
全息透镜还有一些与普通透镜不同的特点，除前面提到了三种作用同时并存外，衍射还可能出现高级次，因而有多重焦距、多重像。由于全息透镜的焦距与所使用的光波长有关，因而有明显的色散现象存在。
这些特点也可由实验观察到。如让日光通过全息透镜，即可观察到不同颜色的光的焦点不同，出现多重焦距。透过全息透镜观看一个发光的白炽灯，会看到灯丝的多重像。
【实验光路】
1、透射型同轴全息透镜的实验光路
波的相干来制作全息透镜（这样制作的全息透镜
M
2 具有焦距短、数值孔径大的优点），但根据全
息记录的原理，用一束平面光波和一束球面光波
的相干来制作全息透镜也是一样的。
图4 是制作同轴全息透镜的一种光路，图
中B.S.1、B.S.2 是分束镜，M1、M2 是反射镜，图4 透射型同轴全息透镜拍摄的一种光路L1 是透镜，A 点相当于一个点光源（也可直接使用针孔滤波器或扩束镜），S 处放置观察屏或全息干版。其实验步骤如下：
①调整B.S.1、M1、B.S.2、M2 及L1，使平行光束的中心线与球面光束的中心线重合，并使两光束的光程基本相等，在S 面处两束光的强度相差不多。此时，在S 屏上将可看到同心圆状的干涉条纹，中部条纹稀粗，边缘条纹密细。
②记录和处理底片，其过程与实验一相同；
③观察实验结果。
将制得的同轴全息透镜放回原位，挡去球面波，只让平行光照射在全息透镜上，此时，全息透镜将会把球面波再现出来。
在全息透镜的后面观察，除了能看到入射平行光透过来的零级分量外，还能看到由虚光源A 点“发射”出来的发散光，如图5 所示，这是一级衍射分量。平行光通过同轴全息透镜后能得到一个发散的球面波，这就相当于一个普通凹透镜的作用，其焦距即为 A 点到全息
透镜之间的距离。也就是制作过程中，点源A 和全息干版之间的距离。
图 5 同轴全息透镜的再现结果
当用一个屏在全息透镜后方前后移动时，还能找到一个光束的会聚点 A '，这是负一级衍射。A '到全息透镜的距离与 A 到全息透镜的距离相等。平行光通过全息透镜后能得到一个会聚光束，这与一个凸透镜的作用相当。
2、 透射型离轴全息透镜的实验光路
如图 6 所示，移动 M 3，使之偏离球面波的中心线，移动 M 1 使平行光束经 M 1 沿倾斜方向射向屏 S ，这样，从 A 点发出的球面波的光轴 AC 与平面波的光轴 DC 之间，便形成一定夹角（注意在调整中仍要保持两光束等光程，S 面上等强度）。在此情形下，干板上记录的便是一个离轴全息透镜。
图 6 透射型离轴全息透镜拍摄的一种光路
把制得的离轴全息透镜放回原位，挡住球面波，只用平行光照射，同样可以再现球面波。
将离轴全息透镜反转 180°放置，即用共轭平行光照射，则在它的后面得到一个会聚的球
面波。由于离轴全息透镜的成像是离轴的，所以可以认为它相当于一个棱镜和一个透镜的组合。前者使光偏转，后者使光成像。
3、 反射型全息透镜的实验光路
如图 7 所示，使平面波与球面波分别从干版的两侧透射（仍需等光程、等光强）。
这种情况下制得的全息透镜便是反射型全息透镜。
在这种情形中，干涉场的条纹更密（因两束光传播方向的夹角更大），而且有沿乳胶厚度方向的条纹（两光束接近相向传播），所以，反射全息透镜可以看作是点光源的全息图，并且是一种体全息图，因而再现时对光波长有较强的选择性，而且用红光（632.8nm ）制作的全息图，由于处理后乳胶的收缩，不再完全适合于红光，而向短波方向移动。此时用白光再现时出现黄绿光。
此外，用反射全息透镜成像时，物和像都在透镜的同一侧。
2 C
图 7 反射型离轴全息透镜拍摄的一种光路
【讨论】
前面讲的同轴全息透镜和离轴全息透镜是点源全息图。这种点源全息图可以帮助我们更容易地理解普通三维物体的全息照片为什么能显示物体的立体像。因为普通物体可以看作是由许许多多的发光点组成，每个点发出一个球面波，它们分别与平面波相干，形成各自的同心圆形的干涉条纹。普通的三维物体的全息图实质上是许许多多的同心圆形条纹结构的复杂
组合。当挡住物光（或移去物体本身），用平行光照射时，则再现出组成物体的各发光点的像，其空间位置仍在原处。因此，整个再现像便是立体的了，象原物一样。用非平行光照射时，像略有发散或缩小。拍普通三维全息图，参考光虽然不一定用平行光，但道理是一样的。
2
全息光学元件的设计与制作实验设计
全息光学元件的设计与制作 小组成员：李贺谢佳衡杨森用全息图可再现光波的波前，或者说它对入射光具有相位调制的能力。在某些场合，全息图有可能代替普通透镜、棱镜、光栅，作为成像、转像、准直、分光元件。这种全息图就称为全息光学元件（HOE）。它使用感光记录介质制作的，其功能基于衍射原理，是一种衍射光学元件（DOE）。普通光学元件是用透明的光学玻璃、晶体、或有机玻璃制成的，起作用基于光的直线传播、光的反射、折射等几何光学原理。全息光学元件主要有全息光栅、全息透镜、全息扫描器、全息滤波器等。我们这里要制作的是全息光栅和全息透镜。 实验一马赫-曾德干涉仪法（分振幅法）制作全息光栅 【实验目的】 1．学习掌握制作全息光栅的原理和方法。 2．学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。 3．通过实验制作一个低频全息光栅和一个复合光栅，并观察和分析实验结果。 【实验仪器】 1. 光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm 针孔的针孔滤波器组合两套。 2. 扩束透镜（20~40倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4. 全息干板，显影、定影设备和材料。 5. 电子快门和曝光定时器一套。 【实验原理】 全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅）。下面介绍制作平面全息光栅的光路布置、设计制作原理。 1、全息光栅的记录光路 记录全息光栅的光路有多种，图 1 和图 2 是其中常见的两种光路。 在图 1 所示光路中，由激光器发出的激光经分束镜 BS 后被分为两束，一束经反射镜 M 1反射、透镜 L 1 和 L 2 扩束准直后，直接射向全息干板 H；另一束经反射镜 M 2 反射、透镜
第13课带有衍射光学元件的激光扩束器
第13课.带有衍射光学元件的激光扩束器 在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 to within10%.目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束 这是我们初始的输入文件： RLE!Beginning of lens input file.。 ID KINOFORM BEAM SHAPER WA1.6328!Single wavelength UNI MM!Lens is in millimeters OBG.351!Gaussian object;waist radius-.35mm;define full aperture=1/e**2point. 1TH22!Surface2is22mm from the waist. 2RD-2TH2GTB S!Guess some reasonable lens parameters;use glass type SF6from Schott catalog SF6 3TH20!Surface3is a kinoform on side2of the first element 3USS16!Defined as Unusual Surface Shape16(simple DOE) CWAV.6328!Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt HIN1.798855!Assume the zones are machined into the lens.You can also apply!a film of a different index. RNORM1 4TH2GTB S SF6 4USS16 CWAV.6328 HIN1.798855 RNORM1!The first side of the second element is also a DOE 5CV0TH50!Start with a flat surface 7!Surfaces6and7exist AFOCAL!because they are required for AFOCAL output. END!End of lens input file. 我们给第2个表面指定了一个合理RD值。这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统：
实验设计的要素与原则
实验设计的要素与原则
第一节实验设计的基本要素 一个良好的科学实验设计是顺利进行科学研究和数据统计分析的前提，同时也是或得预期结果的重要保证。一个完善的统计学研究设计包括三个基本要素：受试对象、处理因素和试验效应。例如，研究某降压药对原发性高血压患者的降压效果，其中高血压患者即为受试对象，这种降压药为处理因素，血压的变化便是试验效应。科研工作者在进行医药方面的科学研究之前，必须要制定完善的统计研究设计方案，如何选择这三个要素，是实验成败的关键。因此，任何实验研究在设计时，必须明确这三个要素。 一、受试对象 受试对象是处理因素作用的客体，应该根据研究目的来确定。受试对象的选择一般有以下几种情形：l、一般医学科研——常用动物、离体标本或人体内取得的某些样本作为受试对象；2、新药的临床前试验——一般用动物作为受试对象；3．新药的临床试验阶段——一般用人作为受试对象。新药临床试验一般分为4期，在1期临床试验阶段，通常用健康志愿者作为受试对象；而在其他各期临床试验阶段，常用患特定疾病的患者作为受试对象。选择什么样的患者，应有严格的规定。 选择受试对象应有明确的纳入标准和排除标准。首先，受试对象应满足两个基本条件：一是对处理因素敏感；二是反应必须稳定。其次是为是研究结果普遍性和推广价值，需保证受试对象的同质性和代表性。
二、处理因素 处理因素是研究者根据研究目的而施加的特定的实验因素，例如给予的某种降压药。实验研究的目的不同，对实验的要求也不同。若在整个实验过程中影响观察结果的因素很多，就必须结合专业知识，对众多的因素做全面分析，必要时做一些预实验，区分哪些是重要的实验因素，哪些是非重要的实验因素，以便选用合适的实验设计方法妥善安排这些因素。水平选取的过于密集，实验次数就会增多，许多相邻的水平对结果的影响十分接近，不仅不利于研究目的的实现，而且将会浪费人力、物力和时间；反之，该因素的不同水平对结果的影响规律不能真实地反映出来，易于得出错误的结论。除此以外，处理因素应当标准化，在实验过程中同一处理组的处理因素应始终保持不变，包括处理因素的施加方法、强度、频率和持续时间等。在缺乏经验的前提下，应进行必要的预实验或借助他人的经验，选取较为合适的若干个水平，如药物的种类、处理方法的种类等。应结合实际情况和具体条件，选取质最因素的水平，千万不能不顾客观条件而盲目选取。 三、实验效应 实验效应是反映在处理因素的作用下，受试对象的反应或结局，它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵敏度高的客观指标。对一些半客观（如读取病理切片或X片上所获得的结果）或主观指标（如给某些定性实验结果人为打分或赋
全息瞄准镜中全息光学元件的研究
全息瞄准镜中全息光学元件的研究 姓名：蔡虎薛亮 指导老师：王海林
目录 一、题目 (1) 二、摘要 (3) 三、关键词 (3) 四、引言 (3) 五、全息元件的制作与理论分析 (4) 一、全息元件的制作 (4) 二、全息瞄准镜的原理 (5) 三、理论分析 (6) 四、实验验证 (9) 六、半导体激光器光波长漂移的影响及消除 (11) 七、实验设计 (13) 八、总结 (13) 九、后记 (14) 十、参考文献 (14) 十一、英文摘要及关键词 (15) 十二、附件 (15)
全息瞄准镜中全息光学元件的研究 蔡虎薛亮 摘要: 本文对全息瞄准镜的核心部件——全息光学元件进行了理论和实验研究。论文介绍了全息瞄准系统的原理、应用及特点，着重定量分析了全息瞄准镜中全息片的再现光束角度在水平和竖直方向微小偏移对“十”字叉虚像偏离角的影响，给出了理论关系式和相应的关系曲线，对其关系进行了实验测量，测量结果与理论分析结果一致。分析了全息片的再现半导激光峰值波长漂移对“十”字叉虚像偏移角的影响，并提出了利用光栅补偿波长漂移的再现光路的设计方法。关键词：全息光学元件、全息瞄准镜 一、引言 全息瞄准镜是一种新型的轻武器瞄准镜，它有一些其它瞄准方式不具备的特点，所以一问世就引起了广泛的关注，和其它瞄准镜(具)相比，它们的共同点和不同点如下： (1)就所有瞄准镜(具)的瞄准方式来说，它们是相同的。机械瞄准具是三点一线方式:即准星和缺口形成一条直线，然后将目标置于这条线上以达到瞄准的目的;各种光学瞄准镜则是由光学系统确定一条光轴，在光轴上放置一个分划板，使分划和目标重合以达到瞄准的目的;全息瞄准镜也不例外，在照明光的作用下，衍射出一束和全息元件成一定角度并有一定形状(分划)的光，也就是产生了一条光轴和一个分划。但因它们各自工作原理不同，因此它们各有优点，却也有自身难以克服的缺点。其中全息瞄准镜无放大倍率，适用距离和机械瞄准具相同，但是瞄准时可以保持睁开双眼，只需要将分划对中目标即可。它的缺点是无筒身结构，在寻找瞄准图像时有一定的难度。但在经过一定的训练和适应之后，这个问题不太突出。 (2)全息瞄准镜的瞄准线和武器的机械瞄准具的瞄准线重合。当机械瞄准具校准后，可以用它来校准全息瞄准镜。当全息瞄准镜损坏时，可以直接使用武器的机械瞄准具，而不需要从武器上取下。而光学瞄准镜安装在武器上会妨碍机械瞄准具的使用，如果不在光学瞄准镜的适当位置上开孔或设计机械瞄准装置，光学
衍射光学元件
Top Hat Beam Shaper-高帽光束整形 HOLO/OR几十年来服务于堆栈高帽元件模拟，可以很好地 定义高斯光束，将其在工作平台上转换为均匀强度光斑。 应用领域：激光切割,激光焊接，激光显示，激光医学和审 美激光应用 Beam Splitter/Multispot-分束器/多场 分束器元件为衍射光学元件，用于将一束激光光束分离为几束，每束光都有最初那束光的特性，这些特性不包括光能量大小和传播角度。多束光方向可以形成一维或二维光图像。 应用领域：激光打孔，医疗表面处理，并行处理，并行激光扫描 Homogenizer/Diffuser-均化器/扩散器 HOLO/OR有多样且广泛的工业衍射光元件，允 许在合理的价格范围内提供解决方案。 应用领域：允许任何光束类型，小扩散角，自定 义角度，各种波长和尺寸，自定义形状 Beam Sampler-光束采样器 HOLO/RO介绍一种新的ED匀化器，由纯石英 玻璃或硒化锌材料组成，可选择在这两种材料表 面进行高功率ARV-镀膜，有利于给出解决方案， 显著减少0.2% 的后向反射。（每个面0.1%） 应用领域：直插式功率，嵌入式光束分析
Dual Wavelength-双波长产生器 衍射光学给出了一个独特的构想，可以只影响 一个波长。在多波长光束中，双波长光束组合 器是衍射光学元件，用于将两束入射光以不同 的波长组合到相同焦点上，为在所需观察面上 获得一个强光斑，就必须在激光光束射向光斑 的路径上放置一个透明的衍射光学元件。 应用领域：外科手术激光系统，工业二氧化碳激光系统 Vortex lens-涡旋透镜 Holo-Or介绍了VL系列涡旋微透镜，由纯石英 玻璃或硒化锌材料组成，可选择在这两种材料 表面进行高功率ARV-镀膜，有利于给出解决方 案，显著减少0.2% 的后向反射。（每个面0.1%） 应用领域：天文学，光学镊子，加密术 Lenslet arrays-微透镜阵列 微透镜阵列基底由微衍射透镜覆盖，微透镜阵 列作为扩散器，或者作为局部焦点和采样点。 衍射微透镜阵列的优势在于其占空因子为 100%，高于折射微透镜阵列。可以很容易地进 行设计和成像，并修正微透镜成像系统像差。 应用领域：光束扫描仪，焦平面阵列光传感器 Multifocal Lenses-多焦点透镜 衍射光学可以从一个入射光产生多个输出光束，而不是典型的折射透镜，沿着光轴由一个焦点获得多个焦点，并都处于焦平面，这样的透镜被称为多焦微透镜，它们对于并行放大系统，光传感，视觉应用等十分重要。同时，这些透镜也可以应用于准长焦点元件，在材料处理上有效创建长深度焦点。
化验室设计要求
新闻中心 实验室设计要求 添加日期：2011-9-15 16:36:50 实验室设计布局时，开间模数适宜为3.5米～4.0米,以3.6米为最佳。 1、在实验室空间设计时，应考虑必须为实验室安全运行、清洁和维护，提供或预留有足够的实验区域空间。 2、实验室墙壁、天花板和地板应当光滑、易清洁、防渗漏并耐化学品和消毒剂的腐蚀。地板应当防滑。 3、实验台面应是防水的，并可耐消毒剂、酸、碱、有机溶剂和中等热度的作用。 4、应保证实验室内所有活动的照明，避免不必要的反光和闪光。 5、实验室器具应当坚固耐用，在实验台、生物安全柜和其他设备之间及其下面要保证有足够的空间以便进行清洁。 6、应当有足够的储存空间来摆放随时使用的物品，以免实验台和走廊内混乱。在实验室的工作区外还应当提供另外的可长期使用的储存间。 7、应当为安全操作及储存溶剂、放射性物质、压缩气体和液化气提供足够的空间和设施。 8、在实验室的工作区外应当有存放外衣和私人物品的设施。 9、在实验室的工作区外应当有进食、饮水和休息的场所。 10、每个实验室都应有洗手池，并最好安装在出口处，尽可能用自来水。 11、实验室的门应有可视窗，并达到适当的防火等级，最好能自动关闭。 12、在设计二级生物安全实验室时，应在靠近实验室的位置配备高压灭菌器或其他清除污染的工具。 13、安全系统应当包括消防、应急供电、应急淋浴以及洗眼设施。 14、应当配备具有适当装备并易于进入的急救区或急救室。 15、在设计新的设施时，应当考虑设置机械通风系统，以使空气向内单向流动。如果没有机械通风系统，那么实验室窗户应当能够打开，同时应安装防虫纱窗。 16、必须为实验室提供可靠和高质量的水。特别是微生物实验室要保证实验室水源和饮用水源的供应管道之间没有交叉连接。应当安
衍射光学元件示意图,衍射元件应用原理图
衍射光学元件示意图 经过多年发展，海纳光学已经成为国内极具权威的衍射光学元件供应商。衍射光学元件主要分为光束整形器、分束器、多焦点DOE、长焦深DOE、衍射锥镜、螺旋相位片、匀化片和其它图案的衍射元件DOE。这里我们挑选较常用的整形镜、分束器、多焦点DOE，专门给出了这些衍射光学元件的示意图，衍射元件应用原理图，让用户能够对衍射元件的使用、安装位置和衍射过程一目了然。 一、光束整形器，整形镜，Beam Shaper, Top hat beam shaper 平顶光束整形器的作用是把高斯光束转换为平顶光束，即高斯整平顶。平顶光斑具有效率高、光斑小、能量均匀性好等特点，顶部能量绝对均匀，边缘陡峭，无高级次衍射，也称为平顶帽式光斑。光束整形器又称为整形镜，高斯整平顶DOE，平顶光整形器，平顶帽式整形镜，平顶光DOE，是最具代表性的衍射光学元件之一。 下面图片可以清晰地看到整形镜获得平顶光斑的过程，整形镜得到的平顶光斑的尺寸为衍射极限的1.5倍~几百倍，要求入射的高斯光束为TEM00的单模光。一般整形镜的衍射效率>93%，均匀性>95% (多台阶整形镜)，对安装精度要求较高。
整形镜不仅可以把入射光整形成圆形、正方形，还可以整形成直线、长方形、六边形等其它用户需要的形状。下图是把高斯光整形成直线光斑的示意图，这里我们用到一个模组而不是单独的镜片，这个模组成为Leanline，其克服了整形镜的工作距离限制，能够在一定工作距离范围内保持光束整形的效果。 二、匀化器、匀化镜、均匀光斑DOE、扩散片，Homogenizer, Diffuser 激光匀化器的作用是把入射激光转换成能量均匀分布的光斑，这里的光斑尺寸一般较大，形状可以为圆形、正方形、线性、六边形和其它任意用户想要定制的形状。入射激光可以为单模或多模，衍射效率70%~90%不等。 下图清晰地给出了匀化器的匀化过程，一般的结构是激光通过匀化器和聚焦系统后即可匀化，但这里还配合了一个激光扩束缩束镜，通过调节这个扩束缩束镜就可以直接调节输出光斑的大小。
实验设计的三要素与四原则
实验设计的三要素与四原则 众所周知，科研工作者在进行医药方面的科学研究之前，需要制定完善的统计研究设计方案，那么什么样的设计方案才称得上是完善的呢? 完善的设计方案需具备六个条件 一般来说，应具备以下条件：人力、物力和时间满足设计要求;实验设计的“三要素”和“四原则”均符合专业和统计学要求;重要的实验因素和观测指标没有遗漏，并做了合理安排;重要的非实验因素(包括可能产生的各种偏性)都得到了很有效的预防和控制;研究过程中可能出现的各种情况都已考虑在内，并有相应的对策和严格的质量控抗对操作方法、实验数据的收集、整理、分析等均有一套规范的规定和正确的方法。而其中准确把握统计研究设计的“三要素和四原则”，无疑是其设计方案科学严谨的象征。 实验设计的“三要素” 实验设计三要素应着重考虑： 一、受试对象的种类问题。这里面包含以下几种情形：l、一般医学科研——常用动物、离体标本或人体内取得的某些样本作为受试对象;2、新药的临床前试验——一般用动物作为受试对象;3.新药的临床试验阶段——一般用人作为受试对象。新药临床试验一般分为4期，在1期临床试验阶段，通常用健康志愿者作为受试对象;而在其他各期临床试验阶段，常用患特定疾病的患者作为受试对象。选择什么样的患者，应有严格的规定。 二、实验因素。实验研究的目的不同，对实验的要求也不同。若在整个实验过程中影响观察结果的因素很多，就必须结合专业知识，对众多的因素做全面分析，必要时做一些预实验，区分哪些是重要的实验因素，哪些是重要的非重要的实验因素，以便选用合适的实验设计方法妥善安排这些因素。水平选取的过于密集，实验次数就会增多，许多相邻的水平对结果的影响十分接近，不仅不利于研究目的的实现，而且将会浪费人力、物力和时间;反之，该因素的不同水平对结果的影响规律不能真实地反映出来，易于得出错误的结论。在缺乏经验的前提下，应进行必要的预实验或借助他人的经验，选取较为合适的若干个水平。所谓质量因素，就是因素水平的取值是定性的，如药物的种类、处理方法的种类等。应结合实际情况和具体条件，选取质最因素的水平，千万不能不顾客观条件而盲目选取。 三、实验效应。实验效应是反映实验因素作用强弱的标志，它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵敏度高的客观指标。对一些半客观(如读取病理切片或X片上所获得的结果)或主观指标(如给某些定性实验结果人为打分或赋值)，一定要事先规定读取数值的严格标准，必要时还应进行统一的技术培训。 实验设计的“四原则” 实验设计四原则的实施主要包括：
canon多层衍射光学元件及镜头
多层衍射光学元件及镜头 添加用户：风雨无阻添加时间：2008-08-22 来源：点击：77214 Canon于2000年9月4日宣布研制成功世界上第一片用于照相机摄影镜头中的“多层衍射光学元件”(Multi- Layer Diffractive Optical Element，)，并将于2 000年9月20~25日在德国科隆举办的Photokina 2000大会上展示使用该光学镜片的EF 400/4 DO IS USM镜头的样品，该镜头的正式出售版预计于2001年上半年面市。 右边为多层衍射光学镜片， 左边为EF 400/4 DO IS USM样品。 多层衍射光学镜片同时具有萤石和非球面镜片的特性，所以该镜片的推出，是光学工业的一个里程碑。 衍射光学元件有衍射光栅，通过衍射改变光路(这里所说的衍射是指光线遇到障碍物时，将偏离直线传播，在边缘有扩散的倾向)。这样的光学元件原来应用在工业仪器，比如分光仪和信号读出光学系统(比如CD和DVD播放机)。但由于这类光学元件在自然光(白光)进入镜头时，会产生过多的衍射光，其结果是产生眩光，导致影像质量下降。 Canon研制的多层衍射光学元件(MLDOE)由两块有同心圆衍射光栅的单层衍射光学元件组成，其光栅相对组合。当入射光进入MLDOE时，不会产生多余的衍射光，几乎所有的光线都用于成像。Canon的研究成果首次表明：在照相机镜头中是可以采用衍射光学元件的。
多层衍射光学元件 多层衍射光学元件原理图
单层衍射光学元件和多层衍射光学元件的衍射特性 衍射光学元件最重要的特性是波长合成结像的位置与折射光学元件的位置是反向的。在同一个光学系统中，将一片MLDOE与一片折射光学元件组合在一起，就能比萤石元件更有效地校正色散(色彩扩散)。而且，通过调整衍射光栅的节距(间隙)，衍射光学元件可以具有与研磨及抛光的非球面镜片同样的光学特性，有效地校正球面以及其他像差。 MLDOE校正色散的原理 在生产MLDOE衍射光栅时，需要微米级(1微米=1/1000mm)的精度来保证衍射光
常见光学仿真设计软件
1.APSS.v 2.1.Winall.Cracked 光子学设计软件，可用于光材料、器件、波导和光路等的设计 2.ASAP.v7.14/7.5/8.0.Winall.cracked/Full 世界各地的光学工程师都公认ASAPTM（Advanced Systems Analysis Program，高级系统分析程序）为光学系统定量分析的业界标准。 注：另附9张光源库 3.Pics3d.v200 4.1.28.winall.cracked 电子.光学激光2D/3D有限元分析及模形化装置软件 https://www.sodocs.net/doc/0b8129219.html,stip.v2004.1.28.winall.cracked 半导体激光装置2D模拟软件 5.Apsys.2D/3D.v2004.1.28.winall.cracked 激光二极管3D模拟器 6.PROCOM.v2004.1.2.winall.cracked 化合物半导体模拟软件 7.Zemax.v2003.winall.cracked/EE ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起。 8.ZEBASE Zemax镜头数据库 9.OSLO.v6.24.winall.licensed/Premium OSLO 是一套处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。最主要的，它是用来决定光学系统中最佳的组件大小和外型，例如照相机、客户产品、通讯系统、军事 /外太空应用以及科学仪器等。除此之外，它也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。 10.TracePro.v324.winall.licensed/Expert TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是第一套以符合工业标准的ACIS(固体模型绘图软件)为核心所发展出来的光学软件，是一个结合真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件，它可将真实立体模型及光学分析紧紧结合起来，其绘图界面非常地简单易学。 11.Lensview.UPS.winall.cracked LensVIEW 为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过 18,000个多样化的光学设计实例，支持Zemax，OSLO，Code V等光学设计软件。 12.Code V.v940.winall.licensed CODE V是美国著名的Optical Research Associates公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。 13.LightTools.v4.0/sr1.winall.cracked LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中
化学实验方案设计的基本要求
化学实验方案设计的基本要求
【同步教育信息】 一. 本周教学内容： 化学实验方案设计的基本要求 二. 重点、难点： 1. 了解化学实验方案设计的基本要求。 2. 培养学生分析、概括、总结、综合和归纳的能力，提高学生的思维能力。 三. 具体内容： 所谓实验设计，是用多种装置和仪器按某种目的进行串联组合完成某项实验，其类型较多，考查形式多样。解答这类题目，要求学生对所学过的物质的性质、制备和净化，常用仪器和装置的作用及使用时应注意的问题等知识融会贯通，要善于吸收新信息并且能加以灵活运用。 化学实验方案设计题具有较强的综合性，但一个化学实验，必须依据一定的实验原理，使用一定的仪器组装成一套实验装置，按一定顺序进行实验操作，才能顺利完成。据此，一道综合实验方案设计题，可以把它化解成几个相互独立又相互关联的小实验、小操作来解答。
由各个小实验确定各步操作方法，又由各个小实验之间的关联确定操作的先后顺序。 （一）化学实验设计的类型 根据不同的标准，可以将中学化学教学中的实验设计划分成不同的类型。 （1）根据实验在化学教学认识过程中的作用来划分。 ①启发性（或探索性）实验设计。由于这类实验是在课堂教学中配合其他化学知识的教授进行的，采取的又多是边讲边做实验或演示实验的形式，因此，在设计这类实验时，要注意效果明显、易操作、时间短、安全可靠。 ②验证性实验设计。由于这类实验的目的主要是验证化学假说和理论，又多采取学生实验课或边讲边做实验的形式，因此，在设计这类实验时，除了上述要求外，还要注意说服力要强。 ③运用性实验设计。这类实验的目的是综合运用所学的化学知识和技能，解决一些化学实验习题或实验问题。因此，在引导学生进行实验设计时，要注意灵活性和综合性，尽可能设计多种方案，并加以比较，进而进行优选。从课内、课外的角度来分，运用性实验设计又包括课内的实验习题设计和课外的生产、生活小实验设
实验室建筑设计的基本要求
实验室建筑设计的基本要求 要建设一个现代化的实验室，使其能更好地为生产、科研、教学服务，除了先进的科学仪器和完善的实验设备是提升科技水平，促进科研成果的必备条件以外，实验室的建设也是一个非常重要的物质条件。实验室建筑设计的基本要求是建筑设计的前提和依据，在建设单位委托设计单位进行设计时，必须由各实验室或研究室人员共同参加研究，反复讨论，确定各实验室方案，现将建筑设计的基本要求分述如下。 1.1.1实验室名称 （1）房间名称：根据实验室功能设置不同的实验室。 （2）需要房屋间数：同一类的房间需要几间。 （3）每间房屋使用面积：房间面积大小与建筑模数有关，采用何种模数及何种结构形式比较符合实际，计算实验室的使用面积。 1.2.2建筑要求 （1）房间位置要求： 底层：设备重量较大或要求防震，则可设置在底层。 朝北：有些辅助房间或实验本身要求朝北。 朝南：各实验室都有自己的要求。 楼层：有的实验室要求洁净、安静，应尽量放在高层。 （2）室内尺寸要求：如实验室要求空气调节系统必须吊顶，则层高就相应地要增加。有些实验室是属于特殊类型的，则采用单独的尺寸。 （3）房间要求：指实验室本身的要求。 有的要求一般清洁。
有的要求洁净，进行实验时要求房间内空气达到一定的洁净要求。 耐火：大多数实验室要求耐火。 安静：如消音室、录音室等。 （4）门要求：实验室的门有各种要求。 内开：门向房间内开。 外开：主要设置在有爆炸危险的房间内。 个别要求：双向弹簧，有的要求单向弹簧或推拉门。 隔声：有的实验室要求安静，要求设置隔声门。 保温：如冷藏室要求采用保温门。 屏蔽：防止电磁场的干扰而设置屏蔽门。 自动门：大门口要求自动门。 （5）窗要求：实验室的窗有各种要求。 开启：指向外开启的窗扇。 固定：有洁净要求的实验室采用固定窗，避免灰尘进入室内。 部分开启：在一般情况下窗扇是关闭的，用空气调节系统进行换气，当检修、停电时，则可以开启部分窗扇进行自然通风。 双层窗：在寒冷地区或空调要求的房间采用。 遮阳：根据实验室的要求而定，有时需要水平遮阳，有时须用垂直遮阳。有的可用百叶窗。 密闭：窗扇可以开启，但又要防止灰尘从窗缝进入，故采用密闭窗。 屏蔽窗。 隔声窗。 （6）墙面要求：根据实验室的要求各有不同。 一般要求
全息光学
全息光学 0821103班余文慧 全息光学原理：用相干光照射一个物体，物体反射的光波与一束相干光参考光波发生干涉，产生可视的、按一定规律分布的光强图样，用感光胶片将这种干涉图样记录下来，就形成全息图，该图中包含了物体的相位振幅全部信息。若用参考光或其共轭光照射该全息照片，物体的相位振幅信息就会重新在现出来。无论是从基本原理上，还是从拍摄和观察方法上，全息照相和普通照相都有着本质区别： 全息照相原理图如下： ○1镜面○2物体○3激光光源○4光学系统○5全息干板○6参考光○7物光 在此过程中，“拍照”过程是一个相干光的干涉过程，“再现”过程是一个光经过衍射光栅产生衍射图样的过程，全息干板相当于衍射光栅。由于相干需要相干性很好的光源，因此全息照相所用的光源是激光光源。 为什么会产生立体的效果呢？假如用一束激光照明一个微小颗粒。从小颗粒上反射出来的光波基本上是不断向外扩大的球面波。我们向小颗粒看去，是明亮的一点。用照相机为这小
颗粒照相时，光波通过镜头在底片上形成一个亮点，这一点的亮度与小颗粒反射出来的光强有关。照相底片可以记录下这一点的亮点，但记不下小颗粒在三维空间的位置，印出来的照片上也只有一个亮点。看起来没有一点立体感觉。拍摄全息照片时，不用照相镜头，而是把一束发出平面波的激光和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上。整个底片都受到光照，它记录下的不是个亮点，而是一组同心圆。底片经冲洗后，放到原来的位置，再用拍摄时那束发出平面波的激光，以拍摄时的角度照到底片上，我们可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮点。注意。这个亮点在空间，而不是在底片上，我们看到的光就像是从这个亮点发出来的。所以，全息照片记录下来的不仅是一个亮点，还包含亮点的空间位置，或者说记下从亮点发出的整个光波。 任何物体实际上都可以看成是无数个明暗不同的亮点组成的立体图像。用上面的拍摄方法拍成的全息照片就是无数个同心圆组成的复杂图形，看起来也是灰暗的一片。同样，这张全息照片不仅记录了物体各点的明暗，还记下了各点的空间位置。当用参考光束照射冲洗后的底片时，我们看到的光就像是从原物体上发出来的。 应用：在我们的生活中，常常能看到全息摄影技术的运用。比如，在一些信用卡和纸币上，就有运用了全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，也可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标志出现在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹。 全息技术不仅在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用。例如：全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等，而且全息照相的方法从光学领域推广到其他领域。如微波全息、声全息等得到很大发展，成功地应用在工业医疗等方面。地震波、电子波、X 射线等方面的全息也正在深入研究中。全息图有极其广泛的应用。如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等。现在不仅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人们能看到景物的各个侧面。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。 辅助设计软件： 由于实验条件的限制，更主要的是光学辅助设计能精确的达到实验目的，我们在进行全息照相光学系统设计时采用软件模拟的方法。CODE V是美国著名的Optical Research Associates 公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心和／或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。 参考文献：1. Optical Research Associates. Users’Guide. Version 9.2 2. 周海宪, 程云芳. 全息光学. 化学工业出版社
实验设计基本要求
北京四中 化学实验方案设计的基本要求 化学实验过程由准备阶段、实施阶段和结果处理阶段组成。在实验的准备阶段，设计一个周密的实验方案是保证实验实施成功的关键。实验方案的主要内容包括：1.实验名称；2.实验目的；3.实验原理；4.实验用品（仪器、药品及规格）；5.实验步骤（包括实验仪器装配和操作）；6.实验现象记录及结果处理；7.问题讨论。 一个实验目的的达到，往往有多个可以选择的方案，但我们总是选择最优的实验方案。实验方案的选择要遵循以下原则：1.科学性；2.安全性；3.可行性；4.简约性。 一、科学性 1．实验原理的科学性。例如检验SO2中是否含有CO2，如果把气体直接通入澄清的石灰水检验，由于SO2也会使石灰水变浑浊，因此无法判断气体中是否含有CO2。正确的实验方案的图示如图： 以上实验中，如果在品红溶液不褪色的情况下，澄清的石灰水变浑浊，可以判断气体中含有CO2，否则没有CO2。 2．操作程序和方法的科学性。请看下列除杂方法： （1）用点燃法除去CO2中混有的少量CO；
（2）用加入乙醇、浓硫酸加热的方法除去乙酸乙酯中的少量乙酸。 如果单从化学原理方面去看，以上两个实验方案是没有问题的，因此许多同学在实验设计上对于这种思路也是乐此不疲，其实这些实验方案是根本无法实施的。方案（1）正确的方法是： 方案（2）正确的实验方法是用饱和Na2CO3溶液洗涤后进行分液操作。 二、安全性 为了杜绝人身伤害和避免实验仪器的损坏，保障实验的顺利进行，安全工作必须做好。实验安全主要包括下列几个方面： 1．防漏气——实验前检查装置的气密性。 2．防爆炸——检验气体的纯度，有可燃性气体的实验，应将装置系统中的空气排净后再进行点燃和加热的操作。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排干净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。 3．防倒吸——溶解度很大的气体吸收要加防倒吸装置，对有加热要求的综合实验，在与液体接触的部位前，最好设置“安全瓶”等装置以防止倒吸，实验结束时要注意酒精灯熄灭及导管的处理顺序。
SYNOPSYS 光学设计软件课程第13课：带有衍射光学元件的激光扩束器
第13课. 带有衍射光学元件的激光扩束器 在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束 这是我们初始的输入文件： RLE ! Beginning of lens input file.。 ID KINOFORM BEAM SHAPER WA1 .6328 ! Single wavelength UNI MM ! Lens is in millimeters OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. 1TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . 2RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog SF6 3TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element 3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. RNORM 1 4 TH 2 GTB S ! The first side of the second element is also a DOE SF6 4 USS 16 CWAV .6328 HIN 1.7988 55 RNORM 1 5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface 7 ! Surfaces 6 and 7 exist AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. END ! End of lens input file. 我们给第2个表面指定了一个合理RD值。这是现阶段的系统，还没有DOE的非球面系数：
光学全息照相实验报告
光学全息照相实验报告
实验II 光学全息照相 光学全息照相是利用光波的干涉现象，以干涉条纹的形式，把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来，它是记录光波全部信息的一种有效手段。这种物理思想早在1948年伽柏（D.Gabor）即就已提出来了，但直到1960年，随着激光器的出现，获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛，另外还相应出现了微波全息，X光全息和超声全息等新技术，全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。 本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像，了解全息照相的基本原理及特点，学习拍摄方法和操作技术，为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。 实验目的
了解光学全息照相的基本原理和主要特点； 学习静态光学全息照相的实验技术； 观察和分析全息全图的成像特性。 仪器用具 全息台、He —Ne 激光器及电源、分束镜、全反射镜、扩束透镜、曝光定时器、全息感光底版等。 基本原理 全息照片的拍摄 全息照相是利用光的干涉原理将光波的振幅和相位信息同时记录在感光板上的过程.相干光波可以是平面波也可以是球面波，现以平面波为例说明全息照片拍摄的原理。如图1所示，一列波函数为t i ae y πυ21=、振幅为a 、频率为υ、波长为λ 的平面单色光波作为参考光垂直入射到感光板上。另一列同频率、波函数为t i r T t i Be be y πυλπ222==??? ??-的相 干平面单色光波从物体出发，称为物光，以入射角θ同时入射到感光板上，物光与参考光产生干涉，在感光板上形成的光强分布为 ax ab b a I cos 222++= (1)
全息光学元件的设计与制作(精)
的便是一个离轴全息透镜。 C A M2 S D M3 L1 M1 B.S 1 图 5-18-6 透射型离轴全息透镜拍摄的一种光路把制得的离轴全息透镜放回原位，挡住球面波，只用平行光照射，同样可以再现球面波。将离轴全息透镜反转 180°放置，即用共轭平行光照射，则在它的后面得到一个会聚的球面波。由于离轴全息透镜的成像是离轴的，所以可以认为它相当于一个棱镜和一个透镜的组合。前者使光偏转，后者使光成像。 3、反射型全息透镜的实验光路如图 5-18-7 所示，使平面波与球面波分别从干版的两侧透射（仍需等光程、等光强）。这种情况下制得的全息透镜便是反射型全息透镜。在这种情形中，干涉场的条纹更密（因两束光传播方向的夹角更大），而且有沿乳胶厚度方向的条纹（两光束接近相向传播），所以，反射全息透镜可以看作是点光源的全息图，并且是一种体全息图，因而再现时对光波长有较强的选择性，而且用红光（632.8nm）制作的全息图，由于处理后乳胶的收缩，不再完全适合于红光，而向短波方向移动。此时用白光再现时出现黄绿光。此外，用反射全息透镜成像时，物和像都在透镜的同一侧。 B.S.2 A S L1 M2 M1 B.S.1 图 5-18-7 反射型离轴全息透镜拍摄的一种光路【讨论】前面讲的同轴全息透镜和离轴全息透镜是点源全息图。这种点源全息图可以帮助我们更容易地理解
普通三维物体的全息照片为什么能显示物体的立体像。因为普通物体可以看作是由许许多多的发光点组成，每个点发出一个球面波，它们分别与平面波相干，形成各自的同心圆形的干涉条纹。普通的三维物体的全息图实质上是许许多多的同心圆形条纹结构的复杂第 17 页 组合。当挡住物光（或移去物体本身），用平行光照射时，则再现出组成物体的各发光点的像，其空间位置仍在原处。因此，整个再现像便是立体的了，象原物一样。用非平行光照射时，像略有发散或缩小。拍普通三维全息图，参考光虽然不一定用平行光，但道理是一样的。参考文献 [4-1] 王仕璠、朱自强编著，《近代光学原理》，第 5、8 章，成都：电子科技大学出版社，1998 年 11 月，P.117~121, 206~209 第 18 页
设计实验要求
设计性实验总体要求 为了巩固学生基本操作技能训练和所学习的各种有关知识，进一步培养面向21世纪的学生所必备的独立地综合运用所学知识和技能进行科学研究的能力我们安排了设计实验的内容。这些实验的内容是要求学生运用已学习过的知识，通过查阅文献，借鉴前人的经验教训，设计出实验方案，在教师认可后并在教师指导下，自己动手合成某些有实用价值的中间体或化合物。通过设计实验进一步培养学生的综合能力，培养学生独立进行研究和创新的能力。通过设计实验培养学生学会查阅文献，包括从多媒体计算机的光盘及计算机网络中查阅并利用古今中外的各种书籍、资料及具代表性的期刊、杂志。但是，要注意的是，各种文献中记载的实验步骤和条件往往彼此不同，有些内容出于保密等原因而不详实，这就要求学生能运用已获得的知识和技能独立地进行正确的判断、综合。通过透彻掌握目标分子的合成原理、主副反应、产物（含副产物）的有关性能（如溶解度、熔点、沸点），设计出可行的实验方案（包括合成路线、使用的原料与试剂、仪器的选用、操作条件的控制、主副产物的分离、产品的精制、鉴定等）。 设计方案经教师审定后，学生独立进行实验。 实验后除了要交出产品还应写出设计实验报告。设计实验报告应按小论文形式撰写。其格式可参照一般化学、化工杂志的论文，应当包括题目、作者、提要（摘要）、关键词、实验内容、结果讨论、主要参考文献等栏目。要简要地介绍题目的背景、实验的目的意义，要有实验步骤的精确描述（包括原料的配比和用量、工艺流程和实验条件、有关数据和现象等等），要有实验结果的有关数据（包括产物的产量和收率、产品质量的有关物理参数及文献值、图表、波谱及其他有关数据，等等），要有讨论（包括对实验结果的评价、对实验的改进意见、意外情况的分析及自己的心得体会等）。具体要求如下： 设计性实验报告的具体要求 一、实验方案设计应包括： 1.实验所涉及的基本原理以及相应的计算公式。 2.实验仪器与试剂（应明确各自的具体用途）。 3.按大纲给出的基本条件设计实验步骤，应具有可操作性，其中必须标明基本数据。 4.如实验中要用到标准溶液，则需写明实验所用标准溶液的配制与标定方法。 5.列出相应的表格用以记录所要测定的实验数据。 6.了解相关仪器的使用方法。 7.列出相关参考文献的出处。 二、实验过程： 1. 实验过程中注意观察实验现象，记录实验现象。 2.充分利用化合物的常数，对过程中出现的问题，认真进行分析。