白光再现全息术
光学全息波前记录与再现
全息术最初由英国科学家丹尼斯· 盖伯(Dennis Gabor) 于1948年提出来的，他的目的是想利用全息术提高电子显 微镜的分辨率，在布拉格(Bragg)和策尼克(Zernike)的研 究上，盖伯找到了一种避免相位信息损失的技巧； 但是由于这种技术要求高度相干性及高强度的光源而 一度发展缓慢。整个20世纪50年代，一些科学家大大扩展 了盖伯的理论并加深了对这一技术的理解。直到1960年第 一台激光器问世，解决了相干光源问题，继而在1962年美 国科学家利思(Leith)和乌帕特尼克斯(Upatnieks)提出了 离轴全息图以后，全息技术的研究才得以突飞猛进，并越 来越为人们所重视。 纵观历史，全息术的发展可分为四个阶段：
“像”
4.2全息术原理：波前记录与再现 1、干涉场分布与波面相位的一一对应关系
盖伯避免相位信息丢失的技巧是干涉方法。当两束光 相干时，其干涉场分布（包括干涉条纹的形状、疏密及明 暗分布）与这两束光的波面特性（振幅及相位）密切相关。
例如，两束平面波相干，干涉场的强度面是明暗相同的平面族； 两束球面波相干，干涉场为一组旋转双曲面；平面波和同轴的球面 波相干，干涉场是旋转的抛物面。平面波与复杂波面相干，得到复 杂的干涉场分布；等等。但无论是简单的还是复杂的分布，一种分 布只对应着唯一的相干方式，若两束光的波面形状有微小有变化， 或者两者的相对位置有微小改变，都会引起干涉场分布的变化。因 而干涉场的分布与波面相位可以说是一一对应的。由此可以推知， 利用干涉场的条纹可以“冻结”住相位信息。
全息照片及其原理
全息照片及其原理摘要本文描述了笔者所见到的一张全息照片的特点，并利用全息照相的基本原理和白光再现全息的原理对所观察到的部分现象进行一些简单的解释。
关键词全息照相白光再现全息从1948年伽柏首次提出全息照相的思想，到1971年伽柏因全息技术获得诺贝尔物理学奖，再到如今的白光记录全息技术，短短六十年，全息技术被广泛运用到工业、医学、生物、军事等多个领域，并体现出其强大的优势。
一、现象描述笔者曾在大学期间进入到学校的演示实验室，并在那里见到了一张全息照片，并观察到若干现象：1.全息照片长约50cm，宽约30cm，厚约4cm。
除了照片外，没有其他任何辅助装置。
2.全息照片内容为三件青铜器，包括背景，物体在内，整张照片均为青绿色。
3.全息照片具有极强的立体感，层次感，可以从各个角度观察照片中物体的各面。
二、原理解释1.全息照相基本原理物体发出的光包含光的振幅和光的相位两方面的信息并可以用复数形式表示),(),(),(y x i e y x a y x A ψ=并且光用复数表示后满足复数的运算规则。
在普通摄影中，相片只是记录了景物反射光的强弱，即振幅信息。
如果能在拍摄过程中，同时记录下光的振幅和相位信息，就能记录下立体信息，这就是的全息摄影思想。
但由于所有的记录介质只能对光强有响应，所以应将光的相位信息转化为光强信息记录下来。
常用的方法是干涉法。
拍摄原理如图一所示。
激光器发射出的光被分束器分成两部分。
其中一部分照射到物体上，通过物体的漫反射反射到感光胶片上，称为物光；另一部分则直接照射到感光胶片上，称为参照光。
二者发生干涉，记录下光的信息。
设物光为),(),(),(y x i o e y x o y x O ψ=,类似的那么参照光则为),(),(),(y x i r e y x r y x R ψ=，二者在胶片上干涉有),(),(),(y x R y x O y x A +=则光强为经查阅资料，全息底片经过冲洗后，全息图上各点振幅透过率与入射光强度有如下关系),(),(0y x kI T y x T +=其中为),(y x I 振幅透过率，),(y x T 为入射光强。
全息技术的应用及其前景展望
全息术的发展及其应用展望全息术的发展及其应用展望第一章全息术简介1.1什么是光全息术？光全息术是利用光的干涉和衍射原理,将物体反射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,并在一定条件下使其再现,形成与原物体逼真的三维像.由于记录了物体的全部信息(振幅和位相) ,因此称为全息术或全息照相术. 显然,这是一种用光学方法在人的视觉上再现物体三维清晰像的典型技术. 近年来,这种技术的实际应用范围越来越广,且已超出工程技术领域,扩展到医学、艺术、装饰、包装、印刷等领域. 正如1983 年英国泰晤士报宣称:“全息照相术面临的突破比150 年前照相术面临的突破更加有意义. ”提出这种观点的基础是因为模压全息图的产生. 这种产品使几十年来仅限于少数专家在实验室中的全息显示技术形成了能大规模生产的产业.1.2全息术的类型全息术的类型很多, 可以从不同的角度来进行分类: 比如根据拍摄时物与底片距离的远近分为夫琅和费全息与菲涅耳全息; 根据参考光与物光共轴与否分为共轴全息与离轴全息;也可以根据底片上乳胶层的厚度与干涉条纹间距的比例分为平面全息(乳胶层很薄以至全息片的性能不受乳胶层厚度影响) 和体全息(介质厚度大于干涉条纹间距, 介质内部也记录了干涉场的信息)。
1.3全息术的特点1三维性因为全息图记录了物光的相位信息, 再现时,可观察到如同真实物体一样逼真的三维图像。
当观察者改变位置时, 可以看到物体后面被挡住的部分, 可以看到逼真的三维图像。
2不可撕毁性因为全息图记录的是物光与参考光的干涉条纹, 所以具有可分割性。
它被分割后的任一碎片都能再现完整的被摄物形象, 只是分辨率受到一些影响。
3再现像的缩放性因衍射角与波长有关, 用不同波长的激光照射全息图, 再现像就会发生放大或缩小。
4信息容量大同一张全息感光板可多次重复曝光记录, 并能互不干扰地再现各个不同的图像。
第二章光全息术的发展光全息术是D. Gabor在1948年为改善电子显微镜像质所提出的，其意义在于完整的记录。
浅谈全息图的特点及全息摄影技术
浅谈全息图的三个特点及激光全息摄影技术摘要:全息照相记录了光波的全部信息，除振幅外,还记录了光波的相位；菲涅耳全息图用白光再现会产生色模糊和像模糊;菲涅耳全息图上每一点都记录了物体上所有点发出的波的全部信息，每一点都可以在再现光照射下再现出像的整体,因而全息图的碎片仍能再现出物体完整的像。
激光全息技术作为一种新兴技术，全息影像技术还不是很完善，包括成本、清晰度、容量等问题还没有得到妥善的解决，但全息技术的应用,顺应了时代发展的潮流，将成为未来人们生活中必不可少的一部分.引言从全息思想的提出至今已经有半个多世纪的历史。
期间，全息技术的发展取得了很大的成就。
了解激光全息摄影，有助于我们深入了解全息技术对生产、生活的重要影响以及其今后的发展方向.一、全息图的三个特点（一）全息图的三维立体性全息照片和普通的科普照片是不一样的。
在适当的光照下,全息照片上显示出来的景象是立体的，可看到景物的各个侧面。
全息照相和常规照相之不同还在于，常规照相只是记录了被摄物体表面光线强弱的变化，即只记录了光的振幅；而全息照相则记录了光波的全部信息，除振幅外，还记录了光波的相位.这样就把空间物体光波场的全部信息都贮存记录了下来.然后利用全息照片对特定波长单色照明光的衍射，把原空间景象显现出来。
它可将一个“冻结”了的景物重新“复活”后显现在人们眼前。
全息照片的这一特性使它的应用极其广泛，如用于研究火箭飞行时的冲击波、机翼蜂窝状结构的无损检测等.（二）菲涅耳全息图不能用白光再现白光作为再现光源，通常光源线度较宽，如果光源线度展宽会引起像的线度展宽形成线模糊。
同时白光含有所有波长，从而会引起像的色模糊，因此菲涅耳全息图不能用白光再现.（三）菲涅耳全息碎片能够再现完整三维图像菲涅耳全息图上每一点都记录了物体上所有点发出的波的全部信息，每一点都可以在再现光照射下再现出像的整体，因而全息图的碎片仍能再现出物体完整的像.不过对再现像有贡献的点越多,像的亮度越高。
白光反射全息图原理
白光反射全息图 一、 基本原理
白光反射全息图是利用光学原理在人的视觉上再现物体三维信息的一种技术。
它利用光的干涉和衍射原理，将物体反射的特定光波一干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成原物逼真的三维像。
由于这种方法不仅能记录下物体不同部位的光强信息，而且还能记录下物体前后不同部位的相位信息，因此称之为全息照相术。
制作白光全息图，需要用激光器作为光源，涉及了相干性原理，耦合波理论及bragg 条件，Lippman 原理等原理。
二、 显示条件
全息图基于衍射理论，重现物体的光波，因此对光源有一定要求。
图像清晰度与照明光源有如下关系：
a)
重现像的最小可分辨尺寸Δδ与光源直径c 表示的照明光源空间相干性之间的关系：
r z z r
∆=
∆1
δ （式中z 1为显示像到全息图的距离，z r 为照明光源到全息图的距离） b)
重现像的最小可分辨尺寸Δδ与光源波长宽度Δλ之间的关系为：
⎪⎭
⎫
⎝⎛∆=∆λλθδr z 1 （式中z 1为显示像到全息图的距离，θr 是光源发散角，Δλ/λ）为波
长宽度相对值。
白光显示全息图的照明灯光源直径Δr 和光源波长宽度Δλ以及全息图像前后深度z 1都有一定关系，若要Δδ小，即整个立体图像清晰，就要求z r 大θr 小。
一般灯炮由于θr 较大，因此需要z r 更大一些，即照明要和全息图有一定距离。
反射式
透射式
三、 全息图的种类
1、反射全息图
2、透射彩虹全息图
3、360度全息图。
全息术应用了光的什么原理
全息术应用了光的什么原理1. 什么是全息术？全息术是一种基于光的影像记录和再现技术，它利用光波的干涉和衍射原理记录并再现物体的三维信息。
全息术在科学研究、艺术创作、商业应用等领域都有广泛的应用。
2. 光的干涉原理全息术的核心原理是基于光的干涉现象。
干涉是指两束或多束光波相互叠加时发生的波的相长相消现象。
当光波通过多个孔径或屏幕时，由于光波的波动性质，波峰和波谷会相互叠加或抵消，产生干涉现象。
3. 光的衍射原理除了干涉现象，全息术还利用了光的衍射现象。
衍射是指光波在通过障碍物或孔径时发生的偏折现象。
当光波通过一个物体或孔径时，光波会在周围产生一系列的交替明暗条纹，这种现象就是衍射。
4. 全息术的原理全息术结合了光的干涉和衍射原理，利用干涉和衍射的特性来记录和再现物体的三维信息。
具体来说，全息术包括三个关键步骤：记录、再现和观察。
4.1 记录在全息术的记录过程中，需要将被记录的物体放置在一个光学平台上，通过一个分束器将激光光源分为两束：信号光和参考光。
信号光照射到物体上，并记录下光的相位和振幅信息。
参考光则绕过物体直接照射到光敏材料上进行干涉。
4.2 再现在全息术的再现过程中，通过光敏材料的干涉图样来还原被记录的物体信息。
激光光源照射到光敏材料上，光波与被记录下来的干涉图样发生干涉和衍射现象，形成物体的三维像。
这个再现的图像是通过光的波前面和光场的干涉结果来生成的。
4.3 观察观察是全息术中的最后一步，利用光学设备观察光敏材料上再现出来的物体图像。
观察者可以从不同的角度观察全息图像，得到物体的立体感和深度信息。
5. 全息术的应用全息术由于其独特的记录和再现原理，具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：•科学研究：全息术可用于物体形貌的研究和分析，如纳米颗粒、细胞结构等。
•艺术创作：全息术可以被用于创作全息照片、全息雕塑等艺术作品。
•商业应用：全息术在广告宣传、产品展示等方面有很大的潜力，让人们体验更具有沉浸感和立体感的视觉效果。
全 息 术
3.全息成像方法
3.1几点说明
1、我们是怎样看见物体的？
光线 相位 眼睛 六十年代初激光 器问世…… 光强 （振幅）
2、激光的特点
亮度高、单色性好、空间相干性强
3.2 全息的成像过程
一、全息记录——干涉成像
参考光
两光 干涉 物光
二、全息再现——衍射“复原”
4 全息原理
• 我们看见物体都来自于物体自身的反射光，称为物 光：
众所周知，任何个电磁场问题，总 可以归结为用Maxwell方程来求解，在引 入势之后(或对每个场的分量)，就可以 归结为求解如下形式的方程：
1 2 2 c t 0
2 2
4-1-1
为解方程(1)，利用Green公式
（ ）dv ( n n )ds
2 2
4-1-2
这里，我们令
r (t ) c r
4-1-3
(这是因为这样的在除去r=0的点之外，均满足)
1 2 2 0 c t
2 2
4-1-4
在以r=0为球心，以a(a→0)为半径的小球面和 区域V的外侧面S之间的区域V中把(1) (3)代入 (2) ，然后对方程两端进行t积分，就有：
expexp2222rcorcorcorcrocorcorcctiuiuaaaauuuuuuuaautuu参考光r通常采用均匀4111右端左右两端415当我们研究的区域照明亦即它为平面波或傍轴球面波振幅与波前上场点位置无关即为常数ra422而是拍摄全息图时物光波在底片上造成的强度分布它是不均匀的但对于一般物体总有不会偏离0级波太远2oa22roaa直线前进的透射波我们称之为0级波2orcaau衍射0级422式后两项分别正比于物光波前和它的共轭ouou常量因子expexprcorcorciuiuaaexprcorciuaa1级波1级波exprcorciuaa
实验讲义_激光全息照相
实验7 激光全息照相【实验目的】1．了解全息照相的基本原理。
2．学习并掌握全息照相的基本实验技术。
【实验原理】英国物理学家伽柏（D.Gabor）在1947年，并非从三维成像（three dimensional imaging）的目的出发，而是为了提高电子显微镜（electron microscope）的分辨率，发明了全息术（holography）。
他提出用物体衍射的电子波制作全息图（hologram），然后用可见光（visible light）照明全息图来得到放大的物体像。
由于省去了电子显微镜物镜（objective），这种无透镜两步成像过程可期望获得更高的分辨率（resolution），伽柏用可见光验证了这一原理。
全息术的思想渊源来自波动光学（wave optics），全息术的发展，不仅有赖于激光（laser）的出现，还有赖于其它方面的贡献。
伽柏曾经说过：“在进行这项研究时，我站在两个伟大的物理学家的肩膀上，他们是布喇格（W.L.Bragg）和采尼克（F.Zernike）。
”这就是说，伽柏全息思想的萌生受到他们的启发。
在发明全息术的前几年，伽柏看过布喇格的“X射线显微镜（X-ray microscope）”（布喇格采用两次衍射使晶格的像重现），并注意到如若采用布喇格的方法还不足以记录傅里叶变换的全部信息。
为了解决相位记录的问题，伽柏想到了采尼克在研究透镜像差（lens aberration）时使用过的“相干背景”，即用“相干背景”作为参考波（reference wave），那么参考波与衍射波（diffraction wave）（物波（object wave））相互干涉，用照相底片记录干涉图样（interference pattern），便得到包含相位（phase）信息在内的干涉图样，此即全息图。
在全息图上，两个波相位相同处产生极大，相反处产生极小，当用参考光照明全息图时可重建物波波前（wave front）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
条纹密度： f r <
fg <
fb
Laser
Made by Lee
用 白光 再现
再现
根据布喇格条件
Hr 再现出 红色像 Hg 再现出 绿色像 Hb 再现出 蓝色像
三者位置几乎重合，
恢复（合成）原彩色像
Made by Lee
Made by Lee
白光显示全息图
Made by Lee
白光显示全息
Made by Lee
白光显示全息
Made by Lee
课堂讨论题
一般全息照片可以用白光再现吗？
H 白光
Made by Lee
§4-6
白光再现全息术
白光再现反射全息 彩虹全息
真彩色全息
Made by Lee
一、白光再现反射全息术
白光再现反射全息图，又称 丹尼苏克 全息图
记 录 光 路
问题
Laser
H
全息图的 物光 在哪里 ?
Made by Lee
☆ 为了保证再现像是正立的，记录时，物体应“卧”在
光路平面内，即与狭缝相垂直。
Made by Lee
四、真彩色全息术 1、一般原理
任何颜色都由三原色按比例合成 三原色：红 绿 蓝（ R G B ） 三原色波长的国际标准（由国际照明委员会规定）： 1964年CIE—RGB系统的标准： 红 645.2 nm He-Ne Laser 632.8 nm
用白光再现（共轭光）
R2* (白光) H2 红黄 绿蓝 紫
再现
彩 虹 像
狭缝像
Made by Lee
3、一步彩虹全息
1978年 陈选、杨振寰（美籍华人）发明了一步彩虹全息。 激光 O S
记录
R
S’
z
L
O’
H
Made by Lee
采用 原光路 再现
R (白光)
再现
红黄 绿蓝 紫
H
彩 虹 像
O’
白光反射全息图
单 色 像
Made by Lee
三、彩虹全息术 1、彩虹全息的发明思路
普通全息图为什么不能用白光再现？
是由于不同波长的再现像错位重叠，发生色模糊和像模 糊所致。
能否设法把再现光波压缩在空间很窄的一个条形区域里，
不同的波长占据空间不同的区域。
当用白光照明时眼睛处在空间某一个位置，只能看到一种
半导体激光器
绿 526.3 nm Ar+ Laser 514.5 nm 532.0 nm
蓝 444.4 nm Ar+ Laser 488.0nm
Made by Lee
问题
若用 R、G、B 三种波长记录三套 全息图，将再现出十二项，相互干扰 白光再现时造成 严重的
色串扰 色串扰 色串扰 色串扰 色串扰 色串扰
全息图的再现
白光
仅当 λ=λ0 时 满足 布喇格条件
H
单 色 像
Made by Lee
属性
反射型
体积全息图 选择反射率较高的物体 干板胶面朝向物体
记录条件
激光记录
物体尽量靠近干板
再现照明条件
白光照明再现
再现像特点
用 途
单色再现像，波长与记录波长相同 白光反射全息技术是实现 彩色全息 的重要基础
Made by Lee
Made by Lee
彩虹全息图
Made by Lee
一步彩虹全息 和 二步彩虹全息 的比较：
1）一步彩虹全息制作简单，噪声小，但视场较小； 2）二步彩虹全息制作复杂，噪声较大，但视场大。
彩虹全息图的特点：
1）可以用白光再现； 2）再现像呈现彩虹状的彩色，但再现像的色彩与原物体的 色彩无关，而仅与再现照明光包含的波长组分有关。 例如：用白炽灯照明和用日光灯照明， 得到的彩虹效果有很大差异。 3）彩虹全息属于假彩色全息。
Made by Lee
记录彩虹全息图需注意的问题：
1）狭缝的宽度应选择适当:
☆ 狭缝过宽，再现时各波长对应的衍射区展宽，
引起“混频”，像的单色性差；
☆ 狭缝过窄，像的单色性好，色彩鲜艳，但光能量损失较大，
增加曝光时间，对系统的稳定度要求提高。
2）注意狭缝的放置方位:
☆ 狭缝应垂直于光路平面。
3）注意物体的放置方位:
波长的再现像。
移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再会出现色模
糊，于是达到了白光再现的目的。
Made by Lee
白光
图 示
H
Made by Lee
2、二步彩虹全息
1969年 Benton（本顿）发明了二步彩虹全息
记录
第一步
制作菲涅耳全息图 H1
第二步
制作彩虹全息图 H2
Made by Lee
请思考
概念 回放
用哪一种类型的全息技术 有望消除 色串扰？
仅当 λ=λ0 时满足布 喇格条件
反射全息图的再现
H
单 单 色 色 像 像
Made by Lee
2、白光反射真彩色全息
BS
记录
M SL
H H上记录了几套全息图（干涉条纹）？ 三套： Hr、Hg、Hb ？ 需要几种波长的光源 条纹本身有无颜色？ 红 绿 蓝 无颜色，是黑白相间的条纹 需要哪几种激光器 ？ He Ne Ar+
第一步
制作菲涅耳全息图 H1 激光
记录
R1
R1：平行参考光
H1
Made by Lee
第二步
制作彩虹全息图 H2
记录
以 H1 的共轭实像为“物”， 通过狭缝 S 记录彩虹全息图 H2
H2 S R1*
O’
R2
H1
Made by Lee
用单色光再现（共轭光） R2* (单色光） H2 S’
再现Made by Lee