大学物理实验实验30 全息照相实验
大学物理实验-静物全息照片的摄制与观察
实验报告静物全息照片的摄制与观察【实验目的】1．学习全息照相的拍摄方法和观察要领；2．通过对静物全息照片的摄制与观察，了解全息照片的主要特点。
【实验原理】1．全息照相与全息照相技术照相是将物体上各点发出或反射的光记录在感光材料上，由光的波动理论知，光波是电磁波，一列单色波可表示为式中A为振幅，ω 为圆频率,λ为波长，ϕ 为波源的初相位。
一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加因此任何一定频率的光波都包含着振幅A和相位两类信息。
光在传播过程中，借助于它们的频率、振幅和相位来区别物体的颜色（频率）、明暗（振幅平方）、形状和远近（相位）。
普通照相是通过成像系统（照相机镜头）使物体成像在感光材料上，材料上的感光强度只与物体表面光强分布有关，因为光强与振幅平方成正比，所以它只记录了光波的振幅信息，无法记录物体光波的相位差别。
因此普通照相记录的只能是物体的一个二维平面像，缺乏立体感。
全息照相不仅记录了物体发出或反射的光波的振幅信息，而且把光波的相位信息也记录下来，所以全息照相技术所记录的并不是普通几何光学方法形成的物体像，而是物光光波本身。
它记录了光波的全部信息，并且在一定条件下，能将所记录的全部信息完全再现出来，因而再现的物像是一个逼真的三维立体像。
全息照相包括二个过程，第一，把物体光波的全部信息记录在感光材料上，称为记录（拍摄）过程。
第二，照明已被记录下全部信息的感光材料，使其再现原始物体的光波，称为再现过程。
全息照相的基本原理是以波的干涉为基础，所以除光波外，对其他的波动过程如声波、超声波等也都适用。
2．全息照相的基本过程——记录和再现（1）全息照相记录过程的原理——光的干涉怎样才能把物光的全部信息同时记录下来呢？由物理光学可知，利用干涉的方法，以干涉条纹的形式就可以记录物光的全部信息。
图一静物全息照片的摄制光路图图１是记录过程中使用的光路。
相干性极好的氦氖激光器发出激光束，通过分束镜分成二束。
大学物理实验全息照相
目录
• 引言 • 全息照相的原理和技术 • 大学物理实验中的全息照相 • 全息照相的未来发展 • 结论
引言
01
全息照相的原理和历史
原理
全息照相是一种记录并重现三维图像 的技术，通过使用相干光照射物体， 将物体的反射光和参考光干涉并记录 在感光材料上，形成全息图。
历史
全息照相技术最早由匈牙利物理学家 丹尼斯·加波于1947年提出，但直到 1960年代激光的出现，才使得全息照 相技术得以广泛应用。
实验结果
通过全息照相实验，可以得到物体的三维图像，图像的清晰度和深度感较强，能够观察到物体的细节和结构。
数据分析
通过对实验结果进行测量和分析，可以计算出全息图的分辨率、衍射效率等参数，评估全息图的质量和效果。同 时，通过对实验数据的分析，可以进一步了解全息照相的原理和技术特点，提高对物理实验的理解和掌握能力。
光波在传播过程中表现出周期性 的振动，具有波长、频率等波动 特性。
光的干涉
当两束或多束相干光波相遇时， 它们会相互叠加产生加强或减弱 的现象，形成干涉图样。
全息照相的记录和再现过程
全息照相的记录
通过使用相干光源和光敏材料，将物体的反射光或透射光与 参考光束干涉，将干涉图样记录在光敏材料上形成全息图。
全息照相的未来发展
04
全息显示技术的发展
3D全息投影
利用先进的光学技术和投影设备，实现全息图像的立体显示，为观众提供更为逼真的视 觉体验。
动态全息显示
研究和发展动态全息显示技术，使全息图像能够动态变化，满足更多应用场景的需求。
全息存储和通信技术的发展
大容量全息存储
利用全息技术实现大容量数据存储，提高数据存储密度和可靠性。
全息照相物理实验报告
全息照相物理实验报告
【实验名称】全息照相物理实验
【实验目的】通过实验了解全息照相的原理，掌握全息照相的基本操
作技能，深入理解光的干涉与衍射现象，加深对光学原理的理解。
【实验器材】全息照相装置，激光光源，银盐底片，正交偏振器等。
【实验原理】全息照相是一种利用光的干涉和衍射现象制作物体三维
影像的技术。
当激光通过光栅时，会产生衍射光，这些衍射光相互干
涉形成干涉条纹，同时还保留了物体信息。
再经过银盐底片记录下来，通过复原过程即可获得物体的三维影像。
【实验步骤】
1. 将激光光源点亮，调整偏振器和光路使得光束照射到银盐底片上。
2. 将物体放置到激光光源后方，调整物体和底片的距离，使得物体的
影像投射在底片上。
3. 关闭激光光源，拿出底片进行显影和定影处理，制作全息照片。
4. 将制作好的全息照片放回装置中，打开激光光源，进行复原过程，
即可获得物体的三维影像。
【实验结果与分析】实验过程中，制作全息照片时需要注意光的波长
和底片的灵敏程度，以避免影像失真。
复原过程中，光的入射角度也
会影响影像的质量，因此需要进行适当调整。
实验证明了全息照相的
实际应用和光学原理。
【实验结论】全息照相是一种应用广泛的光学技术，可用于制作复杂物体的三维影像。
学习全息照相的原理和操作技能，有助于深入理解光学干涉和衍射现象。
大学物理实验-全息摄影
二.全息照片的获得—光的干涉
物
由惠更斯－菲涅耳原理可知，被
ri
体
摄物体散射的光波可看作是其上各
点发出的球面波叠加。 因此可写为：
O(ri , t)
Ai cos(t
ri
i
2ri
)
O(r, t)
n i 1
Ai ri
cos(t i
2ri )
上式中含有振幅Ai和位相
d
2 sin
2
θ 为参考光束与物光束射到干板时两者的夹角， λ 为光波波长。
三.全息照片的再现
感光后的全息干版，经显影、定影等处理得到的全息照片，相 当于一个“衍射光栅”。再现光路如下图所示
扩束镜
观察者
虚象
全息干版
实像
四.全息照相的主要特点
立体感强 具有可分割性 可重叠多个全息图
五.全息照相拍摄的条件
【实验目的】
1. 了解全息摄影技术的基本原理 2. 掌握拍摄静物全息图的方法 3. 了解全息术的应用
【实验原理】
一、全息照相和普通照相的区别 普通照片
全息照片
普通照相：
利用透镜成像原理，仅记录了 物光中的振幅信息，无立体感。
全息照相：
利用光的干涉原理，记录了 物光中的全部信息---振幅和位 相，有立体感。
3-10分钟
5、再现象的观察
a、再现象虚的观察
扩束镜
观察者
虚象
全息干版
再现光路图
实像
再现虚象
b、观察的实象情况 实象
【注意事项】
1. 安全 2. 按要求操作 3. 光学元件表面不可任意触摸 4. 全息干板上不出现各种杂纹 5. 曝光前要稳定一分钟
全息照相的实验报告
全息照相的实验报告全息照相的实验报告引言：在现代科技的快速发展中，全息照相作为一种新兴的图像记录技术，引起了广泛的关注和研究。
本实验旨在通过实际操作，了解全息照相的原理、方法和应用，并探讨其在科学研究和工程领域中的潜在应用价值。
一、实验目的本次实验的主要目的有以下几点：1. 了解全息照相的基本原理和技术；2. 掌握全息照相的实验操作方法；3. 分析全息照相的优点和局限性；4. 探讨全息照相在现实生活和科学研究中的应用前景。
二、实验装置和步骤1. 实验装置：本次实验所使用的全息照相装置包括激光器、分束镜、物镜、参考光源、全息板等。
2. 实验步骤：（1）调整激光器和参考光源的位置，使其尽可能稳定；（2）将待拍摄的物体放置在全息板前方适当位置，并固定；（3）调整物镜位置，使物体的全息图像清晰可见；（4）打开激光器，使其发出一束单色、相干的激光；（5）用分束镜将激光分为两束，一束为参考光，另一束为物光，分别照射到全息板上；（6）关闭激光器，取下全息板；（7）将全息板放置在光学显影液中显影；（8）用显影液洗净全息板，使其干燥。
三、实验结果与讨论通过实验操作，我们获得了一张全息照片，并对其进行了分析和讨论。
1. 全息照片的特点：全息照片具有以下几个显著特点：（1）全息照片能够记录物体的全息信息，包括形状、光学特性等；（2）全息照片具有立体感，观看时可以从不同角度获得不同的视角；（3）全息照片具有高分辨率和高信息密度，能够保留更多的细节；（4）全息照片可以长时间保存，不易损坏。
2. 全息照相的应用：全息照相在科学研究和工程领域中具有广泛的应用前景，例如：（1）全息显微镜：通过全息照相技术，可以获得具有高分辨率的三维显微图像，有助于生物学和医学研究；（2）全息光学元件：全息照相可以制作出各种光学元件，如全息光栅、全息透镜等，用于光学通信、光学计算和光学存储等领域；（3）全息显示技术：全息照相可以实现真实感和立体感更强的显示效果，有望应用于虚拟现实、增强现实等领域。
全息照相_大学物理实验全息照相
【实验目的】
n 1、了解全息照相的基本原理及主要特点 n 2、学习全息照相的n 全息照相原理是1948年Dennis Gabor 为了提高 电子显微镜的分辨本领而提出的。“全息”是 指物体发出的光波的全部信息：既包括振幅或 强度，也包括相位。
n 全息照相是利用光的干涉现象，以干涉条纹的 形式将被摄物表面光波的振幅和相位信息记录 下来，并再现出来。
7.观察全息照相的再现像，将全息片按拍摄时安 置情况放回支架，用参考光照亮，即可见到衍 射的三维虚像。
8.观察全息照相的实像，观察虚像后，将全息片 绕铅直轴转180度，这是参考光束从全息片的 背面照射，在全息片的前方用一白纸或毛玻璃 屏可观察到再现实像。
注意事项
n 1.绝对不能用眼睛直视未扩束的激光束，以免 造成视网膜永久损失。
3.一张感光片可以进行多次重复曝光，可以使多个物 体的全息图记录在同一张全息照片上，再现时， 可以分别再现：只要拍摄时改变参考光的入射角 度就可以了。
4.全息照片中被摄物的亮度可以由再现光的强弱来调 节。
5.全息片没有正片和负片之分，复制非常容易，只要 将全息片与未感光的感光版相对压紧晒印曝光、 冲洗后得到的照片，再现出来的像仍和原来照片 像完全一样。
n 全息照相技术在摄影艺术、精密计量、无损检 测、信息处理、遥感图像分析和生物医学等领 域中有广泛的应用。
全息照片的拍摄—光的干涉
全息照相的再现---光的衍射
全息照相的特点
1.全息照片再现出来的被摄物形象完全逼真，其质 感、层次、反差与原物一致并且是三维立体像。
2.全息照片上任一小部分的干涉条纹是由物体上所有 物点漫射来的光与参考光相干涉而成的，所以， 全息照片的每一部分都能再现被摄物的整体图像。
全息技术照相实验报告
一、实验目的1. 了解全息技术的基本原理和拍摄方法。
2. 掌握全息技术拍摄过程中的操作技能。
3. 通过实验，观察全息图像的再现效果，加深对全息技术原理的理解。
二、实验原理全息技术是一种记录和再现光波振幅和相位信息的照相技术。
其基本原理是利用光的干涉和衍射现象，将物体光波和参考光波进行干涉，形成干涉条纹，将干涉条纹记录在感光材料上，从而获得全息图像。
当用激光照射全息图像时，由于干涉条纹的存在，光波发生衍射，从而再现出物体的三维立体图像。
三、实验仪器与材料1. 全息实验台2. 半导体激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 曝光定时器11. 显影及定影器材四、实验步骤1. 搭建实验装置：将全息实验台、半导体激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等仪器连接好，确保光路畅通。
2. 调整光路：根据实验要求，调整光路参数，使物光束和参考光束满足干涉条件。
3. 拍摄全息图像：a. 将被摄物体放置在载物台上，调整物体位置，确保物体与全息干板之间的距离适中。
b. 开启激光器，调节曝光时间，使全息干板充分感光。
c. 拍摄全息图像，记录曝光参数。
4. 显影及定影：将拍摄好的全息干板进行显影和定影处理，以增强图像质量。
5. 观察全息图像：a. 用激光照射全息图像，观察再现效果。
b. 从不同角度观察全息图像，比较立体效果。
五、实验结果与分析1. 通过实验，成功拍摄出全息图像，并观察到再现的三维立体效果。
2. 实验过程中，调整光路参数和曝光时间对全息图像的质量有很大影响。
合适的参数可以使全息图像更加清晰、立体感更强。
3. 全息技术在艺术、防伪、光学测量等领域具有广泛的应用前景。
六、实验总结本次实验使我们对全息技术的基本原理和拍摄方法有了深入的了解，掌握了全息图像的再现效果。
在实验过程中，我们学会了调整光路参数和曝光时间，提高了实验技能。
全息技术在现代社会具有广泛的应用价值，通过本次实验，我们对全息技术有了更加浓厚的兴趣。
大学物理实验实验30 全息照相实验
实验仪器
光学平台、全息光学系统（ He-Ne激光器、曝光 定时器、分束镜、反射镜、扩束镜、干板架、载物台 等）、洗相设备。
实验原理
全息照相以激光为光源，利用光的干涉原理，将与物光
相干的参考光束（R）和物光（O）在干版上迭加，以干涉条 纹的形式把物光的振幅、位相记录在感光干版上。从被摄物 体上同一点所发出的物光束可摄到干版的不同区域处，则物 光到达各区域的位相不同、与参考光的夹角不同，振幅不同， 因而在各区域形成疏密不同、形状不同、反差不同的干涉条 纹。这些光波迭加在一起就形成了全息图。
I (O R)(O* R* ) OO* RR* OR* O*R IO I R OR* O*R IO I R O R exp[i(O R )] O R exp[i(O R )] IO I R 2 O R cos(O R )
实验原理
IO 、 I R 分别为物光与参考光独立照射到干板上时的光强，
这两项在干板上与位置的关系不明显，基本均匀，在全息记 录中不起主要作用。而 OR* O*R 2 O R cos(O R ) 为干涉项， 可见干涉项产生的是明暗以 (O R ) 为变量按余弦规律变换 的干涉条纹。 由于这些干涉条纹在底板上各点的强度决定于 物光波（及参考光）在各点的振幅和相位，因此底板上就保 留了物光波的振幅与相位分布信息。 由此就可以推知物光波 会聚点的位置，当我们观察全息图的再现波前时，看到的将 是与原物不可分辨的立体像。
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照光，会形成原物的共轭实像。
实验内容与步骤
安排光路。要求参考光的光程与物光光程基本相等；且参考光和 物光照射到底片上时的夹角不能过大（大约 30 °），且要保证它 们在底片上较好迭加。 光路安排好后，在放底片的位置处，比较物光与参考光的光强， 使其比例大约在1:2至1:7之间（物光不可太强）。以保证底片的振 幅透射率和曝光量成线性关系。
I (O R)(O* R* ) OO* RR* OR* O*R IO I R OR* O*R IO I R O R exp[i(O R )] O R exp[i(O R )] IO I R 2 O R cos(O 架上。底片药面要迎着光。
启动曝光定时器，曝光拍摄。最后暗室冲洗，包括显影、定影和 漂白，其操作方法和普通照片冲洗完全相同。
观察再现虚像。将制得的全息片放回到底片架上（药面向光）， 用再照光照明，观察再现像和共轭像（注意观察角度）。
注意事项
不要直视激光，以免损伤眼睛！
实验仪器
光学平台、全息光学系统（ He-Ne激光器、曝光 定时器、分束镜、反射镜、扩束镜、干板架、载物台 等）、洗相设备。
实验原理
全息照相以激光为光源，利用光的干涉原理，将与物光
相干的参考光束（R）和物光（O）在干版上迭加，以干涉条 纹的形式把物光的振幅、位相记录在感光干版上。从被摄物 体上同一点所发出的物光束可摄到干版的不同区域处，则物 光到达各区域的位相不同、与参考光的夹角不同，振幅不同， 因而在各区域形成疏密不同、形状不同、反差不同的干涉条 纹。这些光波迭加在一起就形成了全息图。
实验原理
全息照片的拍摄 ——物光与参考光在感光板上的干涉
物光波复振幅可表示为
O( x, y, z )exp[iO ( x, y, z)]
参考光复振幅可表示为
R( x, y, z )exp[iR ( x, y, z )]
漫反射全息照相光路示意
在感光干板上的总光场是二者的叠加， 复振幅为 O R ，光强分布为
不要接触高压电源及电极，以免触电！
光学元件严禁用手触摸！切轻拿轻放！ 因磁座有较强磁场，不要戴手表操作！ 漂白液有毒，不要弄到手上、身上和桌上！
思考题
简要总结全息照相与普通照相的区别。
为了得到一张较高衍射效率的漫反射全息图，实验技术 上应注意哪些问题？
全息照相所用干板的分辨率为什么要求很高?
为什么漫反射全息照相再现像时要采用制作全息片时所 用的参考光作为再照光？而不能用白光再现？
全息照相实验
物理实验教学中心
实验背景
全息照相是60年代发展起来的一门新技 术，这是一种通过一定手段再现出物体的立 体图像的照相术。全息照相被广泛用于立体 显示、干涉计量、全息显威术、信息处理、 生物医学、无损检验与探伤、全息防伪等方 面。
实验目的
了解全息照相的基本原理和特点。 掌握激光全息照相的拍摄技术。 学会全息图片的再现和观察方法。
实验原理
IO 、 I R 分别为物光与参考光独立照射到干板上时的光强，
这两项在干板上与位置的关系不明显，基本均匀，在全息记 录中不起主要作用。而 OR* O*R 2 O R cos(O R ) 为干涉项， 可见干涉项产生的是明暗以 (O R ) 为变量按余弦规律变换 的干涉条纹。 由于这些干涉条纹在底板上各点的强度决定于 物光波（及参考光）在各点的振幅和相位，因此底板上就保 留了物光波的振幅与相位分布信息。 由此就可以推知物光波 会聚点的位置，当我们观察全息图的再现波前时，看到的将 是与原物不可分辨的立体像。
实验原理
全息照片的再现 如图，在全息片上每一组干涉条纹都可 看成一个光栅，当用再现光照射时，由无数 组光栅的衍射波叠加而成的+1前进的方向正 是记录时物光的入射方向，即形成了物光的 实际再现光波，从而看到一个没有畸变的与 原物完全一样的三维物体虚象；零级衍射波 是直接透过的再照光，它不能成像；-1级衍 射光波与原物光波的共轭光波成比例，它是 一束会聚光。采用原参考光的共轭光波作再