全息照相及其應(yīng)用

1、大學(xué)物理全息照相及其應(yīng)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(guān)于全息照相的理論早在 1947 年就由英國科學(xué)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(shù)在干涉計(jì)量、信息存儲(chǔ)、光學(xué)濾波以及光學(xué)模擬計(jì)算等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。一摘要：當(dāng)兩束相干光的相位相同，合成光源的振動(dòng)就增強(qiáng)，反之就減弱。光的位相是隨位置變化的，因此，光波的振動(dòng)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(qiáng)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(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)，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(zhì)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(xì)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(gè)波前平面上的復(fù)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(xué)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(diǎn)的振幅和相位都是空O0 x ,* y,z*eix , y,z0o間坐標(biāo)的函數(shù)，用表示物光波每一點(diǎn)的復(fù)振幅，物光波的全部信息包括相位和振幅兩個(gè)方面， 但是所有的記錄介質(zhì)都只對(duì)

3、光強(qiáng)有響應(yīng)， 所以 必須把位相的信息轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度的變化才能記錄下來，常用的轉(zhuǎn)換法是干涉法。因此，為了記錄物光波在照相底板上每一點(diǎn)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(gè)光波稱為參考光，它的振幅和位相也是空間坐標(biāo)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(fù)振幅為O+R,從而底板上各點(diǎn)的光強(qiáng)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(dú)立照射到底板上時(shí)的光強(qiáng)，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(xiàng)，干涉項(xiàng)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(dòng)信*息 , 只有底片上的明暗條紋 ( 此時(shí)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(dāng)復(fù)雜的 , 見前面圖示 ) 才代表了合成光場的光強(qiáng)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(gè)復(fù)雜的光波場。圖 2全息照相的記錄及再現(xiàn)過程班級(jí)09（4）姓名 司習(xí)習(xí)學(xué)號(hào)

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(fù)振幅大學(xué)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(fù)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(shí)用的參考光波完全相同） 照射在全息圖上， 就好像在一塊復(fù)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(dāng)觀察者迎著物光波方向觀察時(shí)，便可看到物體的再現(xiàn)像。這是一個(gè)虛像，它具有原始物體的一切特征。此外還有一個(gè)實(shí)像，稱為共軛像。應(yīng)該指出，共軛波所形成的實(shí)像的三維結(jié)構(gòu)與原物并不

6、完全相似。圖 3物光波的再現(xiàn)三、特點(diǎn)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(shí)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(yīng)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?yàn)槿D上的每一個(gè)小的局部都完整地記錄了整個(gè)物體的信息（每個(gè)物點(diǎn)發(fā)出的球面光波都照亮整個(gè)感光底片，并與參考光波在整個(gè)底片上發(fā)生干涉，因而整個(gè)底片上都留下了這個(gè)物點(diǎn)的信息） 。當(dāng)然，由于受光面積減少，成像光束的強(qiáng)度要相應(yīng)地減弱；而且由于全息圖變小，邊緣的衍射效應(yīng)增

7、強(qiáng)而必然會(huì)導(dǎo)致像質(zhì)的下降。4 在同一張照片上，可以重疊數(shù)個(gè)不同的全息圖。在記錄時(shí)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(jìn)行顯影與定影，再現(xiàn)時(shí)能一一重現(xiàn)各個(gè)不同的圖像。由于具有這些特點(diǎn)，全息照相術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。如前面提到的全息信息存儲(chǔ)和全息干涉分析就是分別應(yīng)用了所述的第三和第四個(gè)特點(diǎn)。第3頁共5頁大學(xué)物理一張全息圖相當(dāng)于從多角度拍攝、聚焦成的許多普通照片，在這個(gè)意義一張全息的信息量相當(dāng) 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(fù)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(biāo)準(zhǔn)

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(jié)”起來。一旦遇到類似于參考光波的照明光波照射，就會(huì)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(gè)字來表述：“干涉記錄，衍射再現(xiàn)”。四、應(yīng)用（一）、制作全息光學(xué)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(xué)器件。它們的共同優(yōu)點(diǎn)是重量輕，因?yàn)槿际且环N薄系統(tǒng)；且可以在同一張底片上記錄多個(gè)全息圖，得到空間重疊的全息光學(xué)元件。（二）、全息干涉計(jì)量全息干涉計(jì)量是全息照相最早最主要的應(yīng)用。它能實(shí)現(xiàn)高精度非接觸性無損測量，比一般光學(xué)干涉計(jì)量有很多優(yōu)點(diǎn)。具有三維性質(zhì)，使用全息技

9、術(shù)可以從不同視角，通過干涉量度去考察一個(gè)形狀復(fù)雜的物體。，全息干涉計(jì)量可以對(duì)一個(gè)物體在兩個(gè)不同時(shí)刻的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，這就可以探測物體在段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的任何改變。由于這些優(yōu)點(diǎn)，使全息干涉計(jì)量分析在無損檢測、微應(yīng)力應(yīng)變測量、形狀和等高線的測繪、振動(dòng)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(lǐng)域中得到應(yīng)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(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。全息存貯提供了一個(gè)全新的存貯方式，其特點(diǎn)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(shù)其它方面應(yīng)用利用全息照相可以進(jìn)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(lǐng)，擴(kuò)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(shí)，把全息底片的位置轉(zhuǎn)動(dòng)一下就行。同樣，在再現(xiàn)時(shí)，只需將全息圖放在激光束中轉(zhuǎn)動(dòng)，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(xué)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(shù)再現(xiàn)人物肖像、結(jié)婚紀(jì)念照。小型全息圖可以戴在頸項(xiàng)上形成美麗裝飾，它可再現(xiàn)人們喜愛的動(dòng)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(dòng)的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標(biāo)識(shí)出現(xiàn)在商標(biāo)、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(huì)到 21 世紀(jì)印刷技術(shù)與包裝技術(shù)的新飛躍。模壓全息標(biāo)識(shí)，由于它的三維層次感，并隨觀察角度而變化的彩虹效應(yīng)，以及千變?nèi)f化的防偽標(biāo)記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結(jié)合，把新世紀(jì)的防偽技術(shù)推向了新的輝煌頂點(diǎn)?；?dòng)墻面 互動(dòng)走廊 動(dòng)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