全息照相實(shí)驗(yàn)的研究與改進(jìn)

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)告全息照相實(shí)驗(yàn)的研究與改進(jìn) 第一作者： 學(xué)號(hào)：第二作者 學(xué)號(hào)： 摘要本報(bào)告對(duì)全息照相和全息干涉法實(shí)驗(yàn)的原理、儀器、實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及誤差估算。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)室條件下誤差產(chǎn)生的原因并進(jìn)行精確計(jì)算，探究如何更好地完成本實(shí)驗(yàn)，使之呈現(xiàn)更加清晰的圖像以及提高精度的方法，從而達(dá)到全面并且深入了解全息照相實(shí)驗(yàn)的目的。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

2、性模量；4、 通過(guò)全息照片的拍攝和沖洗，了解有關(guān)照相的一些基礎(chǔ)知識(shí)。二、 實(shí)驗(yàn)原理 1全息照相： 全息照相所記錄的是包括物光波前的振幅和位相在內(nèi)的全部信息。該技術(shù)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，然后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。 下面分別討論透射式和反射式全息照相的工作原理。（1）透射式全息照相將干板垂直于紙面放

3、置，兩書(shū)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。如圖1，光線與之間光程差為 ，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，綜上所述，所得干涉條紋間距為：（1）圖 1 圖 2而在通常情況下，物光與參考光都是發(fā)散球面波，將感光板至于直角坐標(biāo)系OXY平面上，如圖2，物光光線1、2與參考光線、。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，兩束光在感

4、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）而干涉形成的全息圖是以干涉條紋形式記錄的物光波，相當(dāng)于一塊有復(fù)雜光柵結(jié)構(gòu)的衍射屏，以光柵發(fā)現(xiàn)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）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利用相干光記錄全息圖，但可以用“白光”照明得到再現(xiàn)像。因此，肉眼可以再室內(nèi)可見(jiàn)光環(huán)境中方便地看到原物的虛像，本實(shí)驗(yàn)也采用此方法再現(xiàn)全息像,也是用該方法進(jìn)行二次曝光法測(cè)量。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)

5、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)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。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

6、狀改變永久地記錄下來(lái)。在材料力學(xué)中，自由端受到集中載荷作用的懸臂梁的在中心線沿著y方向位移量按照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為橫截面的慣性矩，x為待測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)。按照?qǐng)D4所示的光路圖（L為擴(kuò)束鏡，H為干板）組裝實(shí)驗(yàn)儀器，第一次曝光記錄下懸臂梁原始狀態(tài)的全息圖，第二次曝光記錄下加力后懸臂梁的全息圖，再現(xiàn)時(shí)，兩個(gè)狀態(tài)的波前同時(shí)復(fù)現(xiàn)并發(fā)生干涉，得到一簇等光程差的干涉條紋，如圖5，由圖知，A點(diǎn)與變形后點(diǎn)發(fā)出的光波之間的光程差為：（7）圖 4圖 5由干涉原理，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：

7、（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，因此只需要測(cè)出b、h、以及某一明紋（或暗紋）沿著梁軸向的位置坐標(biāo)x，就可以測(cè)出彈性模量E。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面、被攝物一個(gè)、砝碼加載器及待測(cè)鋁板、載物臺(tái)、底板架1個(gè)、擴(kuò)束鏡2塊、透鏡1塊，白屏1塊，純凈水以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40%，60%，80%，100%的異丙醇溶液若干，竹夾一個(gè)，RSP1型紅敏光聚合物全息干板。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震振動(dòng)；當(dāng)面積較小時(shí)，可以只夾住一端。2 全息干板必須

8、夾牢固后，應(yīng)該等待幾分鐘再拍攝相片，以釋放干板的夾持應(yīng)力，提高再現(xiàn)像的質(zhì)量；3 拍攝光路上的光學(xué)元件必須用磁性表座固定，不用的儀器不要放在全息臺(tái)上；4 避免在室外有振動(dòng)或較大噪聲的情況中曝光；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)影響干涉條紋的質(zhì)量。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 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6所示光路組裝反射全息記錄光路，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，隨后去除遮擋，曝光1020秒。圖 6（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

9、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 經(jīng)吹洗風(fēng)干的反射全息圖在白光下即可看到原物的虛像。2、 二次曝光法測(cè)定鋁板的楊氏模量按照?qǐng)D4所示組裝實(shí)驗(yàn)光路圖，注意鋁板與感光板距離盡可能小，感光板的乳膠面要朝向鋁板。物體靜止時(shí)進(jìn)行第一次曝光，時(shí)間約10s。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，注意施力方向要與鋁板垂直，

10、加力過(guò)程動(dòng)作要輕，不要有振動(dòng)。然后按照上文所述的方法沖洗底板，之后可以在白光下直接看到干涉條紋，取級(jí)數(shù)不同的明紋或暗紋，測(cè)量條紋所在處x坐標(biāo)，然后測(cè)定鋁板的長(zhǎng)度、寬度、厚度，按照式（11）與（12）計(jì)算彈性模量。五、 數(shù)據(jù)記錄與處理1、 原始數(shù)據(jù)記錄鋁板參數(shù)：長(zhǎng)度L=70.0mm，寬度b=40.0mm，厚度h=1.54mm，質(zhì)量m=10g，級(jí)數(shù)k012345（mm）02.54.87.71012.52、 數(shù)據(jù)處理由公式得 將 ，在實(shí)驗(yàn)室條件下=0 =0用一元線性回歸法處理：根據(jù)公式可得，XY/mX2Y2XY0000011.297*10-311.682*10-61.297*10-324.728*1

11、0-3422.354*10-69.456*10-3311.994*10-391.439*10-435.982*10-3420.0*10-3164.000-480.0*10-3530.859*10-3259.523-4154.295*10-3_ _ _ _ _X=2.5 x2=9.17 Y=11.48*10-3 y2=2.53*10-4 xy=0.0468六、 討論與總結(jié)1、誤差分析A.對(duì)于“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

12、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(jué)使用時(shí)應(yīng)該將顯影液裝在棕色玻璃杯中。B.對(duì)于“二次曝光法測(cè)鋁板的彈

13、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，相對(duì)誤差較大，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）對(duì)準(zhǔn)讀數(shù)時(shí)的偶然誤差。本實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量各級(jí)條紋的x坐標(biāo)，測(cè)量時(shí)要求鋼尺完全對(duì)準(zhǔn)各級(jí)條紋，由于視覺(jué)上的局限，這顯然不能100%做到，每級(jí)測(cè)量不可能完全對(duì)準(zhǔn)，或超過(guò)，或不足，因此本實(shí)驗(yàn)存在很大的測(cè)量偶然誤差，這也是實(shí)驗(yàn)誤差的重要來(lái)源。所以，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)多次測(cè)量，以利用偶然誤差的地抵償性來(lái)削減誤差。 （2）鋼尺的儀器誤差。鋼尺在標(biāo)定刻度時(shí)本身存在誤差，在實(shí)際使用過(guò)程中由于溫度變化儀器膨脹收縮，會(huì)加劇儀器誤差。 （3）公式近似誤差。式（10）中、均近似為0，也即它們的余弦近似

14、為1，這本身就帶有一定的近似誤差（系統(tǒng)誤差），實(shí)際上、均不為零，是由于二者值極小，近似取零對(duì)系統(tǒng)影響可以忽略。 （4）讀數(shù)時(shí)間引起誤差：出現(xiàn)干涉條紋后沒(méi)有立即讀數(shù)，久置會(huì)使條紋的變得模糊，更不容易讀數(shù)。C.對(duì)于透射式全息照相，此實(shí)驗(yàn)最大的難度在于從L2到H的方向望向平面鏡，要能夠在平面鏡內(nèi)正好考到玩偶的像。否則曝光后根部無(wú)法觀察到預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。兩束光在經(jīng)過(guò)鏡面反射之后如果不能在同一條直線上將無(wú)法進(jìn)行干涉，則無(wú)論曝光多長(zhǎng)時(shí)間都進(jìn)行干涉，進(jìn)而也就無(wú)法得到三維的圖像。另一點(diǎn)很重要的影響因素是晃動(dòng)對(duì)圖像形成的影響，如果說(shuō)正確的光路圖影響的是三維圖像能否形成，則晃動(dòng)就是對(duì)三維圖像清晰度有影響?；蝿?dòng)導(dǎo)致了

15、干涉圖像的不穩(wěn)定性和不連續(xù)性，將在很大程度上影響干涉三維圖像的連續(xù)性。另有一個(gè)影響因素就是材料表面材質(zhì)的影響，不同的材質(zhì)對(duì)于光的吸收和色散性能不一樣，因而得到的干涉圖樣對(duì)原圖樣的反映能力不一樣。兩束光一比四的光強(qiáng)比難以精確得到滿足。2、 改進(jìn)建議（1）在透射式全息照相實(shí)驗(yàn)中目前光路中存在的問(wèn)題：我們實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，使用了擴(kuò)束鏡把激光分為兩束，一束作為參考光，一束照射物體作為物光，也就是使用單物光束拍攝漫反射全息照相。由于被攝物不是平面物體，而照射被攝物的光束又有很強(qiáng)的指向性，干板上記錄的影像信息只是物光束能照射到的部分。因此，拍攝的全息干板再現(xiàn)時(shí)只能看到被物光束照射到部分的影像信息

16、。對(duì)于縱向距離比較大的被攝物體更是如此。 改進(jìn)措施：在原有的拍攝光路中增加了1個(gè)50的分束器，將原來(lái)的物光束一分為二，再經(jīng)過(guò)反射鏡，得到了從不同方向照射被攝物體的2束物光束。根據(jù)全息攝影的原理，在安排光路時(shí)，盡量使2束物光束和參考光束的光程基本相同。應(yīng)該指出的是，干板上記錄的是2束物光束分別與參考光束的干涉條紋。從圖中的光路還可以看到，實(shí)際上漫反射到于板上的2束物光束有小的夾角。因此，再現(xiàn)時(shí)要稍稍改變觀察方向，才能觀察到被攝物的各個(gè)部分，這正是全息攝影的特點(diǎn)之一。由于照射到被攝物上的2束物光束也是相干光，因此在被攝物的表面也會(huì)形成干涉條紋。當(dāng)干涉條紋較粗，間距較大時(shí)，會(huì)影響再現(xiàn)的效果。由于2束

17、物光束的夾角比較大，實(shí)際拍攝時(shí)，一般在90。左右，甚至更大，因此干涉條紋極細(xì)，間距極小，對(duì)再現(xiàn)不會(huì)產(chǎn)生任何影響。（2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該盡量保持工作臺(tái)以及工作臺(tái)上個(gè)元件的穩(wěn)定性。因?yàn)楦缮鎴D樣是對(duì)變形的方法效果，一點(diǎn)點(diǎn)的變形都會(huì)導(dǎo)致很大干涉圖樣的改變。從定量的角度分析，要使微小擾動(dòng)的距離小于亮紋間距的1/5.同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中我發(fā)現(xiàn)，底端因?yàn)榇判缘妆P(pán)的作用可以很好的固定住，但是上端的反射鏡、擴(kuò)束鏡會(huì)因?yàn)橛寐萁z固定，在一定程度上穩(wěn)定性無(wú)法得到保障。將各光學(xué)元件夾持穩(wěn)定，將被照物體粘牢在載物臺(tái)上或夾緊在架上，將曝光定時(shí)器離開(kāi)全息臺(tái)放置。由于氣流通過(guò)光路，聲波干擾以及溫度變化都會(huì)引起周?chē)諝饷芏鹊淖兓?，因?/p>

18、，在準(zhǔn)備拍攝前必須遠(yuǎn)離全息臺(tái)，保持安靜，靜止一段時(shí)間再開(kāi)始曝光。在曝光期間盡量保持安靜，曝光后再靜等20s以上，才能取下干板。固定被攝物，做到拍攝過(guò)程中被攝物沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)和平移。（3）同時(shí)，鋁板實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的厚紙片有一定缺陷，它使得鋁板和干板的距離上下不一致?？梢钥紤]把紙板換成中間空心的長(zhǎng)方形框，這樣鋁板和玻璃片的距離上下一致，能得到更好的干涉效果。（4）加強(qiáng)干涉效果：本實(shí)驗(yàn)使用的一元硬幣和小玩具，而光線在兩者表面均發(fā)生漫反射，從而和參考光相干涉的物光就很少。而使用熒光系列的玩具，當(dāng)光線照射到其表面時(shí)，能夠?qū)⒐饩€均勻的射出，并且熒光物體一般會(huì)全身被照亮，從而可以得到更多可以和參考光相干涉的物光，從而

19、記錄更多物體表面信息，得到更好的全息圖像。（5）保證顯影試劑效果：本實(shí)驗(yàn)曝光效果直接影響實(shí)驗(yàn)效果，在顯影時(shí)，實(shí)驗(yàn)室中顯影液放在日光燈下，此處應(yīng)使顯影液遠(yuǎn)離光源，甚至用遮光設(shè)備遮擋燈光，或用棕色的燒杯。（6） 使感光板位置不變： 感光板浸入溶液時(shí)候最好使用夾子加持，不要扔進(jìn)燒杯中，這樣放回原底板架上時(shí)更容易確定原來(lái)的方位。（7） 透射照相技巧： 猶豫o、r光在干板上照射的面積均較小，我認(rèn)為可以充分利用玻璃的成像功能，在干板的法向方向觀察、并調(diào)整，直到既能觀察到被照射的小物體，又能觀察到參考光射來(lái)形成的橢圓光點(diǎn)，這樣容易保證o、r光發(fā)生干涉。3、 全息照相的應(yīng)用從1948年英藉匈亞利物理學(xué)家丹尼斯

20、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)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(mén)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(huà)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

21、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、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(ài)。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(shū)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

22、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)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、

23、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)變和裂縫分布；對(duì)我國(guó)浙川古編鐘和魚(yú)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(kāi)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

24、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?chē)毫鲃?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

25、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

26、。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。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

27、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”，在軍事上很有應(yīng)用價(jià)值。全息光柵是用途很廣的另一種全息光學(xué)元件。它較刻劃光柵具有下列特點(diǎn)：光譜中無(wú)鬼線、分辨率高，有效孔徑大，生產(chǎn)效率高，價(jià)格便宜等。缺點(diǎn)是衍射效率低，應(yīng)繼續(xù)設(shè)法加以提高。全息光柵的制作和應(yīng)用已有20余年歷史，早在1969年，西德就制成了邊長(zhǎng)1米的全息光柵，用于天文學(xué)領(lǐng)域。近幾年來(lái)我國(guó)蘇州大學(xué)等單位已制成多種商品全息光柵，供科研、教學(xué)、開(kāi)發(fā)之用。現(xiàn)在全息光柵已廣泛用于光譜儀器