全息照相及其應用

1、大學物理全息照相及其應用全息照相是既能記錄光波振幅的信息，又能記錄光波相位信息的攝影。關于全息照相的理論早在 1947 年就由英國科學家伽波提出來。但直到亮度高、顏色純、相干性好的激光問世后，才真正拍攝出全息照相。目前，全息技術在干涉計量、信息存儲、光學濾波以及光學模擬計算等方面得到了越來越廣泛的應用。一摘要：當兩束相干光的相位相同，合成光源的振動就增強，反之就減弱。光的位相是隨位置變化的，因此，光波的振動和減弱也隨位置而變化。這樣，在兩束光的交疊處就產(chǎn)生強弱相間的干涉條紋。條紋的分布情況反映了合成光波的位相在不同位置的變化情況。因此，利用兩束光的干涉所產(chǎn)生的干涉條紋可以有效地把相位的變化記錄

2、下來。二原理：根據(jù)惠更斯 - 菲涅耳原理。全息照相是以光的干涉、衍射等物理光學的規(guī)律為基礎，借助于參考光記錄光波的振幅與位相的全部信息，在記錄介質上得到的不是物體的像，而是只有在高倍顯微鏡下才能觀察得到的細密條紋。（一）、波前的全息記錄利用干涉的方法記錄物體散射的光波在某一個波前平面上的復振幅分布，這就是波前的全息記錄。圖 1 漫反射全息光路圖第1頁共5頁大學物理用單色的激光光源照射物體，物體因漫反射而發(fā)出物光波，波場每一點的振幅和相位都是空O0 x ,* y,z*eix , y,z0o間坐標的函數(shù)，用表示物光波每一點的復振幅，物光波的全部信息包括相位和振幅兩個方面， 但是所有的記錄介質都只對

3、光強有響應， 所以 必須把位相的信息轉換成強度的變化才能記錄下來，常用的轉換法是干涉法。因此，為了記錄物光波在照相底板上每一點振幅與位相的全部信息，我們用同一激光光源的另一部分直接照射到底板上。這個光波稱為參考光，它的振幅和位相也是空間坐標的函數(shù)，其振幅用i rx , y,zR ox , y,z e表示，參考光束通常是球面波或平面波。這樣在記錄底板上總光場是二者的疊加，復振幅為O+R,從而底板上各點的光強分布為：*(1)I=(O+R )(O +R)=OO+RR+OR+O*R=I o+I R+OR+O*R式中 O* 與 R* 分別為 O 與 R的共軛量， I o= O O* ，I R=R R*

4、分別為物光波與參考光波獨立照射到底板上時的光強，在底板上不同位置的變化比較緩慢，在全息記錄中不起主要作用，而（ OR+O*R）為干涉項，干涉項產(chǎn)生的明暗以（o- r ）為變量按余弦規(guī)律變化的干涉條紋并被感光底板記錄下來的。不增加任何波動信*息 , 只有底片上的明暗條紋 ( 此時的明暗條紋不是簡單的等間隔平行直線或一系列同心圓, 而是相當復雜的 , 見前面圖示 ) 才代表了合成光場的光強分布。 至此 , 全息照相的記錄過程就完成了。（二）、全息再現(xiàn)波前再現(xiàn)的理論依據(jù)是衍射原理 ，照明光波（再現(xiàn)光）經(jīng)過全息圖衍射后出現(xiàn)一個復雜的光波場。圖 2全息照相的記錄及再現(xiàn)過程班級09（4）姓名 司習習學號

5、09223303制成的全息圖上透明區(qū)域允許光通過的成分多一些，陰暗區(qū)域允許光通過的成分少一些，具第2頁共5頁投射光的復振幅大學物理體的振幅透過率（即透射光的振幅與照相光的振幅之比）t=（則 t 為一般復數(shù)）由曝光量E 決定的。物光波前的再現(xiàn)利用了光波的衍射，如圖 3 所示。用一束參考光（在大多數(shù)情況下是與記錄全息圖時用的參考光波完全相同） 照射在全息圖上， 就好像在一塊復雜光柵上發(fā)生衍射，在衍射光波中將包含有原來的物光波，因此當觀察者迎著物光波方向觀察時，便可看到物體的再現(xiàn)像。這是一個虛像，它具有原始物體的一切特征。此外還有一個實像，稱為共軛像。應該指出，共軛波所形成的實像的三維結構與原物并不

6、完全相似。圖 3物光波的再現(xiàn)三、特點1 片上的花紋與被攝物體無任何相似之處，在相干光束的照射下，物體圖像卻能如實重現(xiàn)。2 立體感很明顯（三維再現(xiàn)性） ，如某些隱藏在物體背后的東西，只要把頭偏移一下，也可以看到。視差效應很明顯。3 全息圖打碎后，只要任取一小片，照樣可以用來重現(xiàn)物光波。猶如通過小窗口觀察物體那樣，仍能看到物體的全貌。這是因為全息圖上的每一個小的局部都完整地記錄了整個物體的信息（每個物點發(fā)出的球面光波都照亮整個感光底片，并與參考光波在整個底片上發(fā)生干涉，因而整個底片上都留下了這個物點的信息） 。當然，由于受光面積減少，成像光束的強度要相應地減弱；而且由于全息圖變小，邊緣的衍射效應增

7、強而必然會導致像質的下降。4 在同一張照片上，可以重疊數(shù)個不同的全息圖。在記錄時或改變物光與參考光之間的夾角，或改變物體的位置，或改變被攝的物體等等，一一曝光之后再進行顯影與定影，再現(xiàn)時能一一重現(xiàn)各個不同的圖像。由于具有這些特點，全息照相術現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應用。如前面提到的全息信息存儲和全息干涉分析就是分別應用了所述的第三和第四個特點。第3頁共5頁大學物理一張全息圖相當于從多角度拍攝、聚焦成的許多普通照片，在這個意義一張全息的信息量相當 100 張或 1000 張普通照片。用高倍顯微鏡觀看全息圖表面，看到的是復雜的條紋，絲毫看不到物體的形象，這些條紋是利用激光照明的物體所發(fā)出的物光波與標準

8、光波（參考光波）干涉，在平面感光底板上被記錄形成的，即用編碼方法把物光波“凍結”起來。一旦遇到類似于參考光波的照明光波照射，就會衍射出成像光波，它好像原物光波重新釋放出來一樣。所以全息照相的原理可用八個字來表述：“干涉記錄，衍射再現(xiàn)”。四、應用（一）、制作全息光學元件根據(jù)全息原理可制成全息光柵、全息透鏡、全息濾波片、全息掃描器等多種光學器件。它們的共同優(yōu)點是重量輕，因為全都是一種薄系統(tǒng)；且可以在同一張底片上記錄多個全息圖，得到空間重疊的全息光學元件。（二）、全息干涉計量全息干涉計量是全息照相最早最主要的應用。它能實現(xiàn)高精度非接觸性無損測量，比一般光學干涉計量有很多優(yōu)點。具有三維性質，使用全息技

9、術可以從不同視角，通過干涉量度去考察一個形狀復雜的物體。，全息干涉計量可以對一個物體在兩個不同時刻的狀態(tài)進行對比，這就可以探測物體在段時間內發(fā)生的任何改變。由于這些優(yōu)點，使全息干涉計量分析在無損檢測、微應力應變測量、形狀和等高線的測繪、振動分析、高速飛行體的沖擊波和迅速流體的流速場描繪等多種領域中得到應用。（三）、全息存貯隨著科技的發(fā)展，人類積累了越來越多的信息，包括圖片、文字資料、代碼、數(shù)據(jù)等，縮微存貯已經(jīng)成為信息科學技術發(fā)展的一個方向。全息存貯提供了一個全新的存貯方式，其特點是大容量、高密度、高冗余度、高衍射效率、低噪聲、高分辨率和高保真度。（ 四）、全息術其它方面應用利用全息照相可以進行

10、顯微放大 。不僅如此，還能有效地提高電子顯微鏡的分辨本領，擴大視場深度。利用體全息圖的角度選擇性和顏色選擇性，可以在一張全息圖中貯存許多景物信息。這只要在拍攝每一景物時，把全息底片的位置轉動一下就行。同樣，在再現(xiàn)時，只需將全息圖放在激光束中轉動，就能把各景物互不干擾地相繼顯現(xiàn)出來。人們正在根據(jù)體全息圖的這種特性研制新型的立體電影和立體電視。第4頁共5頁大學物理大型全息圖既可展示轎車、 衛(wèi)星以及各種三維廣告， 亦可采用脈沖全息術再現(xiàn)人物肖像、結婚紀念照。小型全息圖可以戴在頸項上形成美麗裝飾，它可再現(xiàn)人們喜愛的動物，多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發(fā)展的模壓彩虹全息圖，既可成為生動的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標識出現(xiàn)在商標、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。裝飾在書籍中的全息立體照片，以及禮品包裝上閃耀的全息彩虹， 使人們體會到 21 世紀印刷技術與包裝技術的新飛躍。模壓全息標識，由于它的三維層次感，并隨觀察角度而變化的彩虹效應，以及千變萬化的防偽標記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結合，把新世紀的防偽技術推向了新的輝煌頂點。互動墻面 互動走廊 動感踩吧 虛擬翻書 普通觸摸屏聚音罩 霧屏成像 幻影成像 魔幻劇場 球幕 紗幕