Labrapport: Holografi Assistent: Markku Jääskeläinen Laborationen utfördes: 23 februari 2000 28 februari 2000 Sida 1
Inledning Labrapport: Holografi Teorin för holografi utvecklades redan 1948. Först när lasern kom på 1960-talet sköt utvecklingen fart. Metoden går ut på att man registrerar vågfronten från ett objekt med hjälp av en referensvåg. När vågorna interfererar med varandra bildas ett s k interferensmönster. I denna laboration framställs ett dubbelexponerat hologram av ett föremål som rör sig mellan exponeringarna. Ur detta hologram och interferensmönstret bestäms sedan rörelsen. Sida 2
Innehåll Labrapport: Holografi Inledning Syfte Utrustning Utförande Beräkningar och slutsatser 2 4 4 4 5 Sida 3
Labrapport: Holografi Syfte Att med hjälp av holografi beräkna hur mycket en burk fylld med vatten buktar ut efter ytterligare påfyllning av vätska. Utrustning Klass IIIB laser, 5 mw Järnbord med vibrationsdämpare i gummi 3 speglar 2 standardmikroskopobjektiv, 40x förstoring Lins Hållare för hologramplåt Hologramplåt av typ AGFA Holotest 8E 75 HD, upplösning: 5000 linjer/mm Objekt: Burk av tunn plåt (rätblockformad) Intensitetsmätare Pipett och skål med gammalt vatten Gradskiva och linjal Måttband Figur 1: Holografiuppställningen som användes under laborationen. Strålen, som belyser objektet är objektstrålen. s: spegel, o: objektiv, l: lins, h: hologramplåt. Utförande Efter att ha gjort holografiuppställningen enligt figur 1, mättes den optiska väglängden för de två strålarna: referensstrålen och objektstrålen, med hjälp av måttband. Objektet som skulle avbildas var en burk av tunn plåt fylld till drygt hälften med vatten. Intensiteten på båda strålarna mättes med intensitetsmätaren för att fastställa exponeringstid. Sedan mättes referensstrålens och objektstrålens infallsvinklar mot hologramplåten, för att bestämma eventuell korrektion av exponeringstiden. Sida 4
Labrapport: Holografi Efter noggrann repetion av exponeringsprocessen var det så dags för det stora elddopet: exponeringen av plåten. För att kunna se någonting under det kritiska momentet i laboration: exponeringsmomentet, användes grönt ljus i lokalen av en sådan våglängd, som plåten var okänslig för. Exponeringen Exponeringstiden delades upp i två lika långa delar. Den före utvidgning av objektet och den efter. Utvidgningen gjordes genom att fylla burken med ytterligare tre plastpipetter vatten. Mellan de två Figur 2: Referens- och objektstrålens infallsvinklar. exponeringarna täcktes lasern av en svart skiva. Därefter skedde framkallning av hologramplåten enligt konstens alla regler. Då plåten torkat, placerades den åter i hållaren och belystes med enbart referensstrålen. Nu kunde resultatet av exponeringen skådas. Till sist mättes vinklarna s och b, enligt figur 3. Beräkningar och slutsatser Den optiska väglängden mättes till 63 cm för de båda strålarna. Detta är en förutsättning för ett bra resultat. Lasern arbetar med en våglängd = 632.8 nm. Intensitetsmätningarna gav: A ref = 8 A obj = 10 Strålarnas infallsvinklar: ref = 35 º obj = 22 º Figur 3: Vinklarna s och b mot plåtburkssidans normal. Korrektion av intensiteten ges av a=ln cos / ln 2. a ref = -0.29 a obj = -0.11 De korrigerade intensiteterna är då A+a: (A+a) ref = 7.71 (A+a) obj = 9.89 Exponeringstiden bestäms efter den högsta intensiteten. Här var objektstrålens intensitet högst vilket gav en exponeringstid på t = 15 s. Sida 5
Mätning av vinklar: Labrapport: Holografi s = 33 º b = 35 º På den färdiga bilden sågs interferensfransar. Totalt sex ljusa och fem mörka fransar från kanten till mitten av den virtuella bilden. Då huvudet flyttades i höjdled syntes att interferensfransarna rörde sig över objektet. Rörelsen var en halv interferensfrans. För att räkna ut hur mycket objektet rört sig, eller i detta fall utbuktat, finns en formel: L = p / (cos s + cos b) där p är antalet mörka fransar. Då exponeringen gjordes stod dessutom hologramplåten vinklad mot objektet, enligt figur 4. Detta ger en korrigeringsterm l k = 1 / cos v. Korrektionsvinkeln mättes till v = 8 º. Det ger då att den totala utbuktningen beräknas till: L tot = L l k L = 5 632.8 10-9 / (cos 33 + cos 35) = 1.908 10-6 m L tot = L / cos 8 = 1.927 10-6 m Figur 4: Plåtens lutning med vinkeln v. Eventuella vibrationer i uppställningen, ljudvågor från tal och annat brus, kan inverka i resultatets tillförlitlighet, men resultatet i sig anses bra. Sida 6