基于全息照相相關(guān)原理及應(yīng)用探究課件

1、北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告北航物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告基于全息照相相關(guān)原理及應(yīng)用探究 第一作者：學(xué) 號(hào)：第二作者： 學(xué) 號(hào)：班 級(jí)： 2目錄目錄2介紹3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理41全息照相：42兩次曝光法測(cè)定金屬的彈性模量：7三、實(shí)驗(yàn)儀器9四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容101、全息照片的拍攝和全息像的再現(xiàn)102、沖洗底板113、再現(xiàn)像的觀察12五、數(shù)據(jù)記錄與處理121、原始數(shù)據(jù)記錄122、數(shù)據(jù)處理12六、討論與總結(jié)131、誤差分析132、總結(jié)體會(huì)14七、全息照相應(yīng)用151.全息顯示152.全息干涉計(jì)量163.全息光學(xué)元件174.全息信息存貯18八、參考資料19摘要全息照相在概念上與普通照相有根本不同。全

2、息照相不只是記錄物的光強(qiáng)度分布，而是要記錄下傳播到記錄平面上的完整的物波場(chǎng)。這就要求既要記錄振幅也要記錄位相。全息照相是一種利用相干光干涉得到物體全部信息的二步成像技術(shù)，它可以再現(xiàn)物體的立體形象。此外，它有光路簡(jiǎn)單、對(duì)光學(xué)元件的精度要求較低等特點(diǎn)，因而在干涉計(jì)量領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，。前主要應(yīng)用于全息顯示，全息干涉計(jì)量，全息光學(xué)元件，全息信息貯存。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相與透射式全息照相的基本技術(shù)和方法；2、 掌握在光學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行光路調(diào)整的基本方法和技能；3、 學(xué)習(xí)用二次曝光法進(jìn)行全息干涉測(cè)量，并以此測(cè)定鋁板的彈性模量；4、 通過(guò)全息照片的拍攝和沖洗，了解

3、有關(guān)照相的一些基礎(chǔ)知識(shí)。二、 實(shí)驗(yàn)原理 1全息照相： 全息照相所記錄和再現(xiàn)的是包括物光波前的振幅和位相在內(nèi)的全部信息，這是全息照相名稱的由來(lái)。但是，感光乳膠和一切光敏元件都是只對(duì)光強(qiáng)敏感，不能直接記錄位相，必須借助一束相干參考光，通過(guò)拍攝物光和參考光之間的干涉條紋，間接記錄下物光的振幅和位相信息。同樣，對(duì)于全息圖的觀察，也必須使照明光按一定方向照射到全息圖上，通過(guò)全息圖的衍射再現(xiàn)物光波前，這時(shí)人眼便能看到物體的立體像。根據(jù)記錄光路的不同，全息照相又分為透射式全息和反射式全息，若物光和參考光位于記錄介質(zhì)（干板）的同側(cè)，則稱為透射全息；若物光和參考光位于記錄介質(zhì)的異側(cè)，則稱為反射全息。因?yàn)閮墒喔?/p>

4、光所形成的干涉條紋平行于兩束光夾角的分角線，可見透射全息的干涉面（條紋）幾乎垂直于乳膠面，而反射全息中，從干板正反兩面進(jìn)入的兩束光在介質(zhì)中形成駐波，在干板乳膠面中形成平行于乳膠面的一層一層的干涉面。下面分別討論透射式和反射式全息照相的工作原理。（1）透射式全息照相l(xiāng) 透射全息的記錄所謂透射式全息照相是指再現(xiàn)時(shí)所觀察和研究的是全息圖透射光的成像。下面討論物光和參考光夾角較小時(shí)平面全息圖的記錄與再現(xiàn)。將干板垂直于紙面放置，兩束相干平行光o、r按照?qǐng)D1所示方向入射到感光板上，他們與感光板法向夾角分別為和，并且o光中的兩條光線1、2與r光中的兩條光線和在A、O兩點(diǎn)相遇并相干，于是在垂直于紙面方向產(chǎn)生平

5、行的明暗相間的干涉條紋，亦即在感光板上形成一個(gè)光柵。設(shè)A、0兩點(diǎn)為相鄰的明條紋，其條紋間距d=0A，其光程差為波長(zhǎng)。如果再設(shè)O點(diǎn)處光線為2與，則由O點(diǎn)向光線作垂線，得光線與之間光程差為 ；由A點(diǎn)向光線2作垂線，得光線1與2之間的光程差為，又由于光線2與等光程，所以光線1與間的光程差為。若以感光板法線為基準(zhǔn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)至入射光線（不大于九十度）的入射角為正，反之為負(fù)，則由圖可知為正，為負(fù)，所以條紋間距為：（1）圖 1 圖 2在通常的全息照相中，物光與參考光都是發(fā)散球面波。將感光板置于直角坐標(biāo)系的OXY平面上，如圖2，設(shè)物光球面波的源點(diǎn)o和參考光球面波的源點(diǎn)r均處于OXZ平面內(nèi)，物光光線1、2相應(yīng)與

6、參考光線、在A、O兩點(diǎn)處相遇并相干。在A、O兩點(diǎn)附近微小區(qū)域，可將這些光線視為一束微小的平行光，把O點(diǎn)附近的微小區(qū)域加以放大，如圖2，光線相當(dāng)于平行光束，兩束平行光在感光板上相遇并干涉，形成與Y軸方向平行的間距為d的明暗條紋。結(jié)合式（1）有：（2）物體由空間無(wú)數(shù)物點(diǎn)組成，它的漫發(fā)射光可以視為無(wú)數(shù)不同光源發(fā)出的發(fā)散球面波，它們與參考光在感光板平面相遇干涉，在干板上留下了復(fù)雜的干涉圖樣，其亮暗對(duì)比和反襯度反映了物光波振幅的大小，而條紋的形狀、間距則反映了物光波的相位分布。l 透射全息的再現(xiàn)全息圖是以干涉條紋的形式記錄的物光波，相當(dāng)于一塊有復(fù)雜光柵結(jié)構(gòu)的衍射屏。必須用參考光照射才能在光柵的衍射光波中

7、得到原來(lái)的無(wú)光，從而使物體得到再現(xiàn)。全息圖的再現(xiàn)依賴于單色光經(jīng)光柵后的衍射，若同樣規(guī)定以光柵的法線為基準(zhǔn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)至入（衍）射光線的入（衍）射角為正，則光柵方程為：（3）式中為入射角，為衍射角。光柵方程中k可取至最高次，但由于本實(shí)驗(yàn)中無(wú)光與參考光干涉形成的條紋，故其黑白灰度呈正弦分布。理論上可以證明，灰度成正弦分布的光柵結(jié)構(gòu)，其衍射級(jí)只能取至k=1或k=-1。所以，讓與參考光r完全相同的再現(xiàn)光照射到全息圖上，就會(huì)在原物處看到與其等大的三維像，實(shí)現(xiàn)全息像的再現(xiàn)。（2）反射式全息照相反射式全息照相用相干光記錄全息圖，可用“白光”照明得到再現(xiàn)像。由于再現(xiàn)時(shí)眼睛接收的是白光在底片上的反射光，故稱為反射

8、式全息照相。這種方法的關(guān)鍵在于利用了布拉格條件來(lái)選擇波長(zhǎng)。此外，由于它的光路非常簡(jiǎn)單，容易制作，又能用白光再現(xiàn)，所以應(yīng)用十分廣泛。反射式全息照相在記錄全息圖時(shí)，物光與參考光從底片的正反兩面分別引入并在底片介質(zhì)中形成駐波，在平板乳膠面中形成平行于乳膠面的多層干涉面，由于物光與參考光之間的夾角接近于，故兩相鄰干涉面間的距離近似為：(4)當(dāng)用632.8nm的激光作為光源時(shí)，這一距離約為0.32微米，會(huì)在厚度約為25微米的光致聚合物底板上形成約6080層干涉面（布拉格面），因而全息圖是一個(gè)具有三維結(jié)構(gòu)的衍射物體，再現(xiàn)光在這三維物體上的衍射極大值必須滿足下列條件：光從衍射面上反射時(shí)，反射角等于入射角；相

9、鄰兩干涉層之間的反射光光程差必須是，如圖3，可得布拉格條件：（5）式中n是感光板的折射率。當(dāng)不同波長(zhǎng)的混合光以一確定的入射角i照明底片時(shí)，只有波長(zhǎng)滿足上式的光才能有衍射極大值，所以人眼能看到的全息圖反射光是單色的。顯然，對(duì)同一張干板，i越大，滿足上式的反射光的波長(zhǎng)越短。如果參考光使用平面波，點(diǎn)物發(fā)出球面波，則干涉形成的布拉格面為弧狀曲面，平行白光按原參考光方向照明，相當(dāng)于照在凸面，反射成發(fā)散光，形成正立虛像，照明白光沿相反方向入射，則形成倒立實(shí)像。反射全息圖在記錄時(shí)用波長(zhǎng)為632.8nm的激光，可以預(yù)期，用白光再現(xiàn)，像也應(yīng)是紅的。但實(shí)際上，看到的再現(xiàn)像往往是綠色的，其原因是底板在沖洗過(guò)程中，乳

10、膠發(fā)生收縮，使干涉層間距變小。圖 3 2兩次曝光法測(cè)定金屬的彈性模量：兩次曝光法干涉圖要求在同一記錄介質(zhì)上制作兩個(gè)全息圖，它將物體在兩次曝光之間的形狀改變永久地記錄下來(lái)。在材料力學(xué)中，在自由端受到一個(gè)力，梁的中心線（x軸）上各點(diǎn)，沿x方向和z方向的變形略去不計(jì)，而用沿y方向的位移量按撓度變形分布理論為：（6）式中，L為梁的長(zhǎng)度，E為材料的彈性模量，J=bh3/12為梁的橫截面的慣性矩，x為待測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)。實(shí)驗(yàn)光路如圖4所示。L為擴(kuò)束鏡，M1、M2為平面鏡，H為干板，P為鋁板，G為加力裝置。注意：鋁板應(yīng)緊貼著干板放置；干板的膠面朝向鋁板。圖4 激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡L后，照射在干板上，即為參考光；激光

11、透過(guò)干板以后，照射在鋁板上，并由鋁板反射，再次照向干板，即為物光。首先在懸臂梁尚未受力時(shí)作第一次曝光，則記錄了懸臂梁處于原始狀態(tài)時(shí)的全息圖。然后通過(guò)加力裝置對(duì)梁的自由端加力進(jìn)行第二次曝光，這樣又記錄了懸臂梁受力變形后的全息圖。再現(xiàn)時(shí)，同時(shí)復(fù)現(xiàn)懸臂梁兩個(gè)狀態(tài)下的物光波前，這兩個(gè)波前發(fā)生干涉，形成一簇等光程差的干涉條紋，如圖5所示。圖 5可以根據(jù)干涉條紋計(jì)算出梁在不同位置處的位移量。假設(shè)在梁上有任意一點(diǎn)A，當(dāng)梁受到力后，A發(fā)生位移，位移方向垂直于梁表面，并由A點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)，位移量為dy。假設(shè)照相時(shí)，入射光的方向與位移方向的夾角為，反射光的方向與位移方向的夾角為，那么由圖知變形前后，A點(diǎn)與點(diǎn)發(fā)出的光波

12、之間的光程差為：（7）根據(jù)干涉原理，明紋與暗紋處的位移量分別為：（明紋）（8）（暗紋）（9）將式（8）與式（6）聯(lián)立，變形可得彈性模量的表達(dá)式：（10）式中b為梁的寬度，h為梁的厚度，所以：（11）暗紋處為：（12） 本實(shí)驗(yàn)中，與近似為零，由上式可以看出，只需要測(cè)出鋁板的長(zhǎng)度L、寬度b、厚度h和懸臂梁自由端所加的力，并讀出某一級(jí)亮紋（或暗紋）所在處的沿梁x軸方向的位置坐標(biāo)x，即可得出其彈性模量。三、 實(shí)驗(yàn)儀器氦氖激光器及電源一套，分束鏡一塊，平面鏡3塊，被攝物一個(gè)，砝碼加載器及待測(cè)鋁板1套，載物1個(gè)臺(tái)，底板架1個(gè)，擴(kuò)束鏡2塊，透鏡1塊，白屏1塊，純凈水，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40%、60%、80%、1

13、00%的異丙醇溶液適量，竹夾一個(gè)，RSP1型紅敏光致聚合物全息干板。注意事項(xiàng)：1) 全息干板必須夾牢固，最好不要有自由端。特別是全息干板面積比較大時(shí)，需要固定自由端以避免振動(dòng)；當(dāng)板面較小時(shí)，可以只夾住一端。2) 全息干板固定好后，應(yīng)該等待幾分鐘再拍攝。在這段時(shí)間內(nèi)可以讓玻璃板慢慢釋放夾持應(yīng)力，否則易出現(xiàn)粗大干涉條紋，影響再現(xiàn)像的亮度與質(zhì)量。3) 拍攝光路上所用的各個(gè)元器件必須用磁性表座固定，不必要的元器件不要放在全息臺(tái)上；4) 盡量避免在室外有振動(dòng)或較大噪聲的情況下曝光；5) 曝光時(shí)間內(nèi)，不要在室內(nèi)走動(dòng)或者敲擊全息臺(tái)，以免振動(dòng)使干涉條紋模糊化；振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)甚至不能記錄干涉條紋。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、

14、 全息照片的拍攝和全息像的再現(xiàn)（1）反射式全息照相按照?qǐng)D6所示光路組裝反射全息記錄光路。激光束S經(jīng)擴(kuò)束鏡L后照在全息底片H上，形成參考光r；透過(guò)H的激光照明物體o，再由物體反射到H形成物光o；o、r在H的兩側(cè)，構(gòu)成反射全息。由于乳膠感光材料的透過(guò)率為30%-50%，因而要求的物體反射率要高，否則很難滿足參考光與物光的光強(qiáng)比要求。oH之間的距離控制在1cm以內(nèi)，而且盡量使物體平面平行于H。光路調(diào)整好后，遮擋激光安防感光板，H的乳膠面應(yīng)當(dāng)正對(duì)物體。隨后，開放激光曝光1020秒。圖 6（2）二次曝光法測(cè)定鋁板的楊氏模量 在反射全息光路基礎(chǔ)上，按圖4稍作修改。物體靜止時(shí)進(jìn)行第一次曝光，時(shí)間大約10s。

15、隨后用砝碼加載器給懸臂梁自由端施加適當(dāng)大小的力，穩(wěn)定1min后，進(jìn)行第二次曝光，時(shí)間約15s。也可以與上述做法相反，先加力，穩(wěn)定1min后第一次曝光；然后釋放力，再穩(wěn)定1min，進(jìn)行第二次曝光，其結(jié)果與上述做法相同。 2、 沖洗底板將曝光后的感光板用竹夾夾住，放在純凈水中浸泡10s后取出，濾盡水。將感光板依次放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，60%，80%的異丙醇溶液中各脫水1015s后取出，每次進(jìn)入相鄰溶液后，都需將干板上的溶液濾盡。將感光板放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%的異丙醇溶液中脫水，直至感光板呈現(xiàn)紅色或黃綠色。濾盡干板上的溶液，迅速將干板用吹風(fēng)機(jī)吹干。3、 再現(xiàn)像的觀察1) 反射全息圖的觀察經(jīng)沖洗吹干的全

16、息圖在白光下即可觀察到原物虛像。2) 彈性模量的測(cè)量測(cè)量彈性模量的光路也是反射全息光路，因此獲得的全息圖可在白光下直接看到干涉條紋。取不同級(jí)數(shù)的亮紋或暗紋，測(cè)量條紋所在處的x坐標(biāo)。然后測(cè)定鋁板的長(zhǎng)度、寬度和厚度，計(jì)算彈性模量。五、 數(shù)據(jù)記錄與處理1、 原始數(shù)據(jù)記錄參數(shù)：長(zhǎng)度l=70.1mm，寬度b=40.5mm，厚度h=1.7mm，質(zhì)量m=15.5g 波長(zhǎng)=632.8nm級(jí)數(shù)456789位置/mm11.013.515.918.120.021.72、 數(shù)據(jù)處理(1) 由公式得 將 ，在實(shí)驗(yàn)室條件下=0 =0L=70.1mm ；b0=40.5mm ；h=1.7mm ；Fy=mg=15.5*103*

17、9.8N(2)用一元線性回歸法處理：根據(jù)公式（11）可得，Xy/mX2Y2xy411.0×10-3161.21×10-444.0×10-3513.5×10-3251.82×10-467.5×10-3615.9×10-3362.53×10-495.4×10-3718.1×10-3493.28×10-4126.7×10-3820.0×10-3644.00×10-4160.0×10-3921.7×10-3814.71×10-4195

18、.5×10-3_ _ _ _ _X=6.5 x2=45.2 Y=16.7×10-3 y2=2.94×10-4 xy=0.115(2)六、 討論與總結(jié)1、誤差分析l “全息照片的拍攝和全息像的再現(xiàn)”實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)被拍攝物體為一元硬幣，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，全息照片很好地再現(xiàn)了原物的虛像，但是，全息照片仍然出現(xiàn)了細(xì)部的模糊，整個(gè)全息像也出現(xiàn)了相對(duì)于感光板中心的微小偏移，經(jīng)分析，其主要原因是：（1）由于實(shí)驗(yàn)硬幣細(xì)部的形狀使得光線在表面發(fā)生了漫反射，由于反射方向的原因，部分物光并未和參考光發(fā)生干涉，因此未完全記錄下物體的表面信息；（2）實(shí)驗(yàn)中難以保證完全的無(wú)振動(dòng)，因此微小的振動(dòng)、噪

19、音都會(huì)影響光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而造成物體和感光板之間的松動(dòng)，繼而引起全息像的偏移和全息像細(xì)節(jié)的缺失；（3）擴(kuò)束鏡、平面反射鏡鏡面的可能沾有微小的灰塵、污漬，從而影響參考光場(chǎng)的均勻性；（4）顯影液（異丙醇溶液）由于反復(fù)浸泡會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的損失，而且本人發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室里的曝光用顯影液使用時(shí)是裝在透明的燒杯內(nèi)的，并未對(duì)其進(jìn)行遮光保護(hù)，本人感覺使用時(shí)應(yīng)該將顯影液裝在棕色玻璃杯中。l “二次曝光法測(cè)鋁板的彈性模量”實(shí)驗(yàn)一般的鋁合金板的彈性模量為7072Gpa，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果70.3Gpa，相對(duì)誤差不會(huì)超過(guò)1%，經(jīng)分析，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要誤差來(lái)源有以下幾項(xiàng)：（1）干板與鋁片未完全夾緊，導(dǎo)致懸垂重物時(shí)，鋁片本身有傾

20、斜，使測(cè)量彈性模量偏小。（2）所得條紋密集，測(cè)量有誤差，同時(shí)條紋有吞吐，使結(jié)果不準(zhǔn)確。 （3）所測(cè)的暗紋可能不是實(shí)際的暗紋級(jí)數(shù)，其它人為操作上的不準(zhǔn)確都有可能造成誤差。（4）垂直誤差與系統(tǒng)誤差。2、總結(jié)體會(huì) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們基本掌握了全息照片的簡(jiǎn)單拍攝方法。剛開始做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，因?yàn)闆]有見過(guò)實(shí)物，只在書上看到過(guò)示意圖，因此調(diào)節(jié)光路時(shí)并不順暢，之后在老師的講解下才懂得了其正確的調(diào)節(jié)方法。我覺得這是因?yàn)轭A(yù)習(xí)不夠充分引起的，一方面對(duì)儀器的原理了解不夠，另一方面，我們感到自身的動(dòng)手排除故障的能力還是不夠。特別是在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)了三次才得到全息相，這讓我們感到很是慚愧。全息照相可以說(shuō)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)

21、方向，它具有無(wú)損的特點(diǎn)，可以清晰的反映原像的狀態(tài)，同時(shí)也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。在這方面，無(wú)論是從技術(shù)角度還是從學(xué)習(xí)角度，都有很大的提升空間。此外，感謝物理實(shí)驗(yàn)課的老師，耐心地幫助我們解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種情況，講解也很透徹，在聽完老師的講解后我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)都感到比較順手，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理也有了深入的了解。七、全息照相應(yīng)用全息照相在概念上與普通照相有根本不同。全息照相不只是記錄物的光強(qiáng)度分布，而是要記錄下傳播到記錄平面上的完整的物波場(chǎng)。這就要求既要記錄振幅也要記錄位相。從1948年英藉匈亞利物理學(xué)家丹尼斯蓋伯(DGabot)根據(jù)光的干涉和衍射原理提出了重理波前的全息照相理論，及十二年后激光器問(wèn)世，美國(guó)密執(zhí)

22、安大學(xué)的埃梅蒂利斯與朱里斯尤佩尼克斯拍成了第一張全息照像片。全息照相發(fā)展到今天，已在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展成為現(xiàn)代光學(xué)中一門新興的學(xué)科全息學(xué)。概括起來(lái)，全息照相的應(yīng)用可分為下列幾個(gè)方面。1. 全息顯示全息顯示主要利用全息照相能重現(xiàn)物體三維立體圖像的特點(diǎn)，因全息片能給出和原物大小一樣、細(xì)節(jié)精美、形狀逼真的三維圖像，所以是極有發(fā)展前景的應(yīng)用之一。它可以用來(lái)復(fù)制歷史文物 藝術(shù)珍品、全息肖像、全息裝飾品和全息風(fēng)景畫等。也可用于超景深照相，使遠(yuǎn)距離到近距離的物體同時(shí)記錄在一張全息底片上。而從其再現(xiàn)像中逐次按不同距離分層觀測(cè)，不受普通照相景深的限制。全息顯示常用的全息術(shù)有：透射和反射全息、像面全息

23、、彩虹全息、真彩色全息、合成全息和模壓全息等多種類型。其中除透射全息圖需要用激光再現(xiàn)外，其余都可用白光再現(xiàn)，從而使在自晝自然環(huán)境中可觀察到三維景像。近年來(lái)模壓全息逐步進(jìn)入到人們生活中，并受到人們的歡迎和喜愛。模壓全息把浮雕藝術(shù)和照相藝術(shù)相結(jié)合，用多層次體現(xiàn)三維空間，極具有觀賞價(jià)值。它除了作為藝術(shù)全息品便于攜帶和保存外，已廣泛用于防偽標(biāo)識(shí)、賀卡、商標(biāo)、紀(jì)念封和圖書插圖等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外都已形成一種巨大的產(chǎn)業(yè)。2. 全息干涉計(jì)量全息干涉現(xiàn)象是人們?cè)谌⒄障嗟膶?shí)踐中發(fā)現(xiàn)的，一張全息干片相繼進(jìn)行兩次重復(fù)曝光，如果在兩次曝光之間物體微微有移動(dòng)，在物像的表面將疊加有涉條紋。研究表明，這些條紋攜帶有物體表面移動(dòng)

24、的信息，根據(jù)干涉條紋的分布可以計(jì)算物體表面各點(diǎn)位移的大小和方向。實(shí)現(xiàn)全息干涉的方法很多，除上面講的二次曝光法外，還有時(shí)間平均法、實(shí)時(shí)法和時(shí)間調(diào)制法等。在測(cè)量精度方面它與普通干涉法相同，但有下列優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的要求要低一些，數(shù)量可以少一些； 被測(cè)物體可以是不透明的、表面未被拋光的散射面； 具有無(wú)接觸式、全場(chǎng)測(cè)量的特點(diǎn)； 利用大功率的脈沖激光，可以得到高速運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)干涉圖形。利用全息干涉技術(shù)可以測(cè)量物體表面的微小移動(dòng)和變形以及振動(dòng)物體，還可以測(cè)量透明物體內(nèi)部由于各種原因(如受熱、外場(chǎng)作用、應(yīng)力等)造成的光學(xué)性質(zhì)變化。倒如：應(yīng)用全息干涉求出地震應(yīng)力；分析地質(zhì)構(gòu)造相似模型的應(yīng)變和裂縫

25、分布；對(duì)我國(guó)浙川古編鐘和魚洗振動(dòng)模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。將全息干涉技術(shù)用于工程無(wú)損檢測(cè)，產(chǎn)生了飛機(jī)蜂窩板探傷技術(shù)，輪胎質(zhì)檢儀，玻璃均勻性全息干涉檢查儀，脈沖激光動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x，全息照相機(jī)等。全息干涉技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面也得到成功的應(yīng)用。例如：開爾科恩斯(Calkins)和伯那德(Bernard)研制了一臺(tái)用二次曝光法測(cè)量眼角膜應(yīng)力的儀器，因病人每次心跳后大約022S，血液脈沖即可到達(dá)眼底動(dòng)脈，眼底動(dòng)脈的脹大會(huì)引起短時(shí)間眼壓上升，角膜變形。如在此時(shí)進(jìn)行二次曝光，即可得到全息干涉圖片。根據(jù)拍得的眼角膜全息圖上的條紋就可確定其應(yīng)力和變形狀態(tài) 如拍得的條紋直且均勻，則說(shuō)明角膜的變形和受力是均勻的。反之，若有彎曲則

26、說(shuō)明彎曲處應(yīng)力大，角膜受力不均勻，手術(shù)刀口是不能處于受力不均勻處的。澳大利業(yè)昆士蘭大學(xué)也是利用二次曝光法成功地對(duì)早期乳腺癌進(jìn)行診斷。健康人的血液循環(huán)是十分有規(guī)律的，皮膚表面將隨著正常血液循環(huán)作有規(guī)律的搏動(dòng)，但早期惡性腫瘤容易吸取比正常乳腺組織多得多的血液，使癌細(xì)胞周圍血液流動(dòng)中斷，導(dǎo)致皮膚搏動(dòng)停滯。乳房表面便呈現(xiàn)出與腫瘤有關(guān)的微小變化。根據(jù)這一特點(diǎn)，科學(xué)家們利用雙脈沖激光器，在幾分之一秒間隔內(nèi)拍攝乳房表面的二次曝光全息圖，如果干涉條紋圖樣顯示出異常情況便可判斷有患癌現(xiàn)象。還可以舉出許多全息干涉術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用實(shí)例。如全息牙科術(shù)，測(cè)定人體骨骼的泊松比，用時(shí)問(wèn)平均全息圖研究人耳鼓膜的振動(dòng)等等。正

27、因?yàn)槿⒏缮婕夹g(shù)的廣泛應(yīng)用，國(guó)外有人甚至提出將全息干涉技術(shù)作為解決科學(xué)和工程測(cè)量中遇到的問(wèn)題的靈丹妙藥；近幾年來(lái)由于計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用。全息干涉計(jì)量?jī)x出現(xiàn)了一種新的發(fā)展趨勢(shì)，用光電結(jié)合提高測(cè)量精度，用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)提高運(yùn)算速度。從而形成了全全息干涉術(shù)中各種快速算法和圖像處理系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，全息干涉技術(shù)將獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。3. 全息光學(xué)元件全息光學(xué)元件實(shí)際上也是全息照相片。在不同的干涉圖樣下，拍成不同全息圖片，將這些圖片單張或多張組合起來(lái)，使其具有成像、準(zhǔn)直、聚焦、分柬、光束偏轉(zhuǎn)、光束掃描等功能。在完成上述功能時(shí)，它 是基于幾何光學(xué)的反射和折射定律，而是基于光的干涉和衍射原理，所以也稱為衍射元件

28、。最常用的是全息透鏡和全息光柵。在近軸近似條件下，壘息透鏡與普通透鏡的幾何分析具有驚人的一致性。它可以按折射透鏡類似的方法定義光軸、主點(diǎn)、物像平砸焦距和相對(duì)孔徑等概念，井且滿足普通透鏡的物象關(guān)系。 和普通透鏡相比，全息透鏡具有重量輕、成本低、槲對(duì)孔徑火，易于制造和批量復(fù)制；能作成透射式、反射式和折迭式光路；以及在同一張全息片上可具有多功能(如聚焦 分柬和濾波、多重記錄)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是像差較普通透鏡大得多，尤其是色差。單片全息透鏡只能在單色條件下工作，與制造時(shí)相同條件下使用最好，但是用兩片以上分離的全息透鏡組起米，可以校正色差，使它也可在寬帶光源照明條件下工作。全息透鏡已在許多領(lǐng)域顯示出它的生命力。例如：全息平視顯示器、全息頭盔夜視儀、全息照相機(jī)、全息掃描器、全息太陽(yáng)能聚光器等，以及用于保密存貯或保密通訊的平行軸多面元全息透鏡，廣角全息透鏡等。此外，全息透鏡還可以制成陳列形式，或者根據(jù)仿生學(xué)原理制成“復(fù)眼”