诺贝尔奖与光学全息
诺贝尔物理学奖(1901至2014)光电hw

1926
时间
获奖者
国籍
研究成果
美 1927 康普顿 (pton )
查尔斯•威尔孙 (C.T.R.Wilson) 英
1923年发现光子与 自由电子的非弹性 散射作用,即康普顿 效应
发明一种观测带电 粒子径迹的方法─ 威尔孙云室
15
时间
获奖者
国籍 英
研究成果 热电子现象方面的 工作,发现里查孙定 律 1925年提出电子的 波动性
23
时间
获奖者
国籍 英
研究成果 发展威尔孙云室,在粒 子和宇宙线方面贡献
1948 布莱克 (P.M.Blackett)
1949 汤川秀树 (H.Yukawa)
日
从核力理论基础上预 言介子的存在
24
时间
获奖者
国籍 英 英 英
研究成果 发展核乳胶方法,发 现π介子 用人工加速粒子进行 核蜕变工作
1950 鲍威尔 (C.F.Powell)
纪尧姆 法 (C.E.Guillaum e) 德 1921 爱因斯坦 (A.Einstein)
12
时间
获奖者
国籍 丹
研究成果 研究原子结构和原 子辐射,1913提出氢 原子模型 基本电荷和光电效 应方面的工作,1909 年油滴实验
1922 尼尔斯•玻尔 (N.Bohr) 密立根 (likan)
英 美
44
时间
获奖者
国籍 美 美 苏
研究成果 发现宇宙微波背景 辐射 同上 低温物理方面的发 明和发现
1978 彭齐亚斯 (A.A.Penzias) 罗伯特•威尔孙 (R.W.Wilson) 卡皮查 (P.L.Kapitza)
45
时间
获奖者
全息技术——数字全息术发展现状及趋势概述.

1960年梅曼(Maiman)研制成功了红宝石 激光器,第二年(1961年)贾范(Javan) 等制成了氦氖激光器。从此,一种全所未 有的优质相干光源诞生了。1962年美国科 学家E.N.利思(E.N.Leith)和J.乌帕特尼克 斯(J.Upatnieks)用激光器对伽柏的技术 做了划时代的改进,全息术的研究从此获 得了突飞猛进的发展,近40年来,全息技 术的研究日趋广泛深入,逐渐开辟了全息 应用的新领域,成为近代光学的一个重用 分支。
。。。。(1)
等式(1)又可化为:
I ( I 0 , ) I 0 [1 V cos ( x, y)]
这里,(2)式中的
。。。(2)
I 0 I R I o 表示物光和参考光的强度
2 I R Io 之和, V 表示干涉条纹的反衬度。 I R Io
另外,根据光路结构参数,通过求解 ( x, y ) , 可以得到干涉条纹的空间频率:
全息图片
全息图片
全息图片
四、全息过程的基本理论:
实验现象 1、基本理论
(1)记录过程:光波的干涉
感光记录介质只能记录光波的振幅(强度),
严格的理论指导 !
只有通过光波的干涉过程,才能将被拍摄物体
的全部信息(振幅和位相)以明暗相间的干涉 条纹的形式记录下来。 (2)再现(观察)过程:光波的衍射
2 sin / 2
。。。 (3)
例,λ =632.8nm ,θ = 400
1100条/ mm
(2)再现过程: 全息图(光栅)
看 图
光栅衍射!
C ( x, y) Co exp[ ic ( x, y)] ,再现 设,再现光波为:
出来的全息像的复振幅分布为:
诺贝尔奖里的激光技术

诺贝尔奖里的激光技术摘要:随着20世纪激光理论和应用研究的不断发展,激光技术对信息处理和计算、医学治疗和人工智能等领域产生了重大影响。
本文通过诺贝尔奖获得者的研究成果,介绍了激光技术的发展,并提出将诺贝尔奖的研究成果与经历与课程教学融合,对培养激光领域的高素质、高创新性人才有着积极影响。
关键词:激光;诺贝尔奖引言激光[1](Laser)全称为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”,又译为“通过受激辐射实现放大的光”,并且其以优异的单色性、相干性等特点一直倍受关注,其广泛的应用场景与核能、电子计算机、半导体等发明被称为近代四大人类重要发明。
诺贝尔奖于1901年首次颁发,其权威性和公正性早已得到世界公认,一直被视为最先进的科学理论和技术的典范。
距今诺贝尔物理学奖已经颁发了100多年,表彰了物理学中最好和最辉煌的科学研究成果,涵盖X射线到量子理论、基本粒子和天体物理学等众多领域。
作为全世界研究人员聪明才智的结晶,诺贝尔奖其本身便拥有着极大的科学魅力,不断吸引着大家的视线,若能合理地将其作为课堂教学的重要内容充分运用,也必将极大提升课堂教学质量。
因此,通过将教学或实验课程的知识与诺贝尔奖的实际成果相结合,将诺贝尔奖的成果引入课堂,进一步丰富课堂教学,调动学生的积极性,培养学术热情,同时也能促进了学生全面发展,提高他们的科学素养,推动创新。
这样一来,激光这颗21世纪最炙手可热的新星将在未来在中国发光发热。
1 激光技术的发展激光的产生最初可以追溯到上个世纪初,爱因斯坦在1913年首次提到了受激辐射技术概念[2],并预测未来会有受激辐射光放大器的出现,这也为后来激光产生埋下了伏笔。
但是由于强相干光源的缺失,光学的发展并不顺利,而这个问题直到物理学家汤斯等人在1954年成功研制出微波激射器才得以解决,其主要原理是微波激发放大或量子放大[3](Maser)。
诺贝尔物理学奖大全

1、1901年:威尔姆·康拉德·伦琴(德国)发现X射线2、1902年:亨德瑞克·安图恩·洛伦兹(荷兰)、塞曼(荷兰)关于磁场对辐射现象影响的研究3、1903年:安东尼·亨利·贝克勒尔(法国)发现天然放射性;皮埃尔·居里(法国)、玛丽·居里(波兰裔法国人)发现并研究放射性元素钋和镭4、1904年:瑞利(英国)气体密度的研究和发现氩5、1905年:伦纳德(德国)关于阴极射线的研究6、1906年:约瑟夫·汤姆生(英国)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子7、1907年:迈克尔逊(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究8、1908年:李普曼(法国)发明彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)9、1909年:伽利尔摩·马克尼(意大利)、布劳恩(德国)发明和改进无线电报;理查森(英国)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律10、1910年:范德华(荷兰)关于气态和液态方程的研究11、1911年:维恩(德国)发现热辐射定律12、1912年:达伦(瑞典)发明可用于同燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动调节装置13、1913年:卡末林-昂内斯(荷兰)关于低温下物体性质的研究和制成液态氦14、1914年:马克斯·凡·劳厄(德国)发现晶体中的X射线衍射现象15、1915年:威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格(英国)用X射线对晶体结构的研究16、1916年:未颁奖17、1917年:查尔斯·格洛弗·巴克拉(英国)发现元素的次级X辐射特性18、1918年:马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克(德国)对确立量子论作出巨大贡献19、1919年:斯塔克(德国)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象20、1920年:纪尧姆(瑞士)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性21、1921年:阿尔伯特·爱因斯坦(德国)他对数学物理学的成就,特别是光电效应定律的发现22、1922年:尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(丹麦)关于原子结构以及原子辐射的研究23、1923年:罗伯特·安德鲁·密立根(美国)关于基本电荷的研究以及验证光电效应24、1924年:西格巴恩(瑞典)发现X射线中的光谱线25、1925年:弗兰克·赫兹(德国)发现原子和电子的碰撞规律26、1926年:佩兰(法国)研究物质不连续结构和发现沉积平衡27、1927年:康普顿(美国)发现康普顿效应;威尔逊(英国)发明了云雾室,能显示出电子穿过空气的径迹28、1928年:理查森(英国)研究热离子现象,并提出理查森定律29、1929年:路易·维克多·德布罗意(法国)发现电子的波动性30、1930年:拉曼(印度)研究光散射并发现拉曼效应31、1931年:未颁奖32、1932年:维尔纳·海森伯(德国)在量子力学方面的贡献33、1933年:埃尔温·薛定谔(奥地利)创立波动力学理论;保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克(英国)提出狄拉克方程和空穴理论34、1934年:未颁奖35、1935年:詹姆斯·查德威克(英国)发现中子36、1936年:赫斯(奥地利)发现宇宙射线;安德森(美国)发现正电子37、1937年:戴维森(美国)、乔治·佩杰特·汤姆生(英国)发现晶体对电子的衍射现象38、1938年:恩利克·费米(意大利)发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应39、1939年:欧内斯特·奥兰多·劳伦斯(美国)发明回旋加速器,并获得人工放射性元素40、1940—1942年:未颁奖41、1943年:斯特恩(美国)开发分子束方法和测量质子磁矩42、1944年:拉比(美国)发明核磁共振法43、1945年:沃尔夫冈·E·泡利(奥地利)发现泡利不相容原理44、1946年:布里奇曼(美国)发明获得强高压的装置,并在高压物理学领域作出发现45、1947年:阿普尔顿(英国)高层大气物理性质的研究,发现阿普顿层(电离层)46、1948年:布莱克特(英国)改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现47、1949年:汤川秀树(日本)提出核子的介子理论并预言∏介子的存在48、1950年:塞索·法兰克·鲍威尔(英国)发展研究核过程的照相方法,并发现π介子49、1951年:科克罗夫特(英国)、沃尔顿(爱尔兰)用人工加速粒子轰击原子产生原子核嬗变50、1952年:布洛赫、珀塞尔(美国)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法51、1953年:泽尔尼克(荷兰)发明相衬显微镜52、1954年:马克斯·玻恩(英国)在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献;博特(德国)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线53、1955年:拉姆(美国)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构;库什(美国)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论54、1956年:布拉顿、巴丁(犹太人)、肖克利(美国)发明晶体管及对晶体管效应的研究55、1957年:李政道、杨振宁(美籍华人)发现弱相互作用下宇称不守衡,从而导致有关基本粒子的重大发现56、1958年:切伦科夫、塔姆、弗兰克(苏联)发现并解释切伦科夫效应57、1959年:塞格雷、欧文·张伯伦(OwenChamberlain)(美国)发现反质子58、1960年:格拉塞(美国)发现气泡室,取代了威尔逊的云雾室59、1961年:霍夫斯塔特(美国)关于电子对原子核散射的先驱性研究,并由此发现原子核的结构;穆斯堡尔(德国)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯堡尔效应60、1962年:达维多维奇·朗道(苏联)关于凝聚态物质,特别是液氦的开创性理论61、1963年:维格纳(美国)发现基本粒子的对称性及支配质子与中子相互作用的原理;梅耶夫人(美国人.犹太人)、延森(德国)发现原子核的壳层结构62、1964年:汤斯(美国)在量子电子学领域的基础研究成果,为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础;巴索夫、普罗霍罗夫(苏联)发明微波激射器63、1965年:朝永振一郎(日本)、施温格、费因曼(美国)在量子电动力学方面取得对粒子物理学产生深远影响的研究成果64、1966年:卡斯特勒(法国)发明并发展用于研究原子内光、磁共振的双共振方法65、1967年:贝蒂(美国)核反应理论方面的贡献,特别是关于恒星能源的发现66、1968年:阿尔瓦雷斯(美国)发展氢气泡室技术和数据分析,发现大量共振态67、1969年:盖尔曼(美国)对基本粒子的分类及其相互作用的发现68、1970年:阿尔文(瑞典)磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子物理富有成果的应用;内尔(法国)关于反磁铁性和铁磁性的基础研究和发现69、1971年:加博尔(英国)发明并发展全息照相法70、1972年:巴丁、库柏、施里弗(美国)创立BCS超导微观理论71、1973年:江崎玲于奈(日本)发现半导体隧道效应;贾埃弗(美国)发现超导体隧道效应;约瑟夫森(英国)提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质,即约瑟夫森效应72、1974年:马丁·赖尔(英国)发明应用合成孔径射电天文望远镜进行射电天体物理学的开创性研究;赫威斯(英国)发现脉冲星73、1975年:阿格·N·玻尔、莫特尔森(丹麦)、雷恩沃特(美国)发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系提出核结构理论74、1976年:丁肇中、里希特(美国)各自独立发现新的J/ψ基本粒子75、1977年:安德森、范弗莱克(美国)、莫特(英国)对磁性和无序体系电子结构的基础性研究76、1978年:卡皮察(苏联)低温物理领域的基本发明和发现;彭齐亚斯、R·W·威尔逊(美国)发现宇宙微波背景辐射77、1979年:谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格(美国)、阿布杜斯·萨拉姆(巴基斯坦)关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论的贡献,并预言弱中性流的存在78、1980年:克罗宁、菲奇(美国)发现电荷共轭宇称不守恒79、1981年:西格巴恩(瑞典)开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;布洛姆伯根(美国)非线性光学和激光光谱学的开创性工作;肖洛(美国)发明高分辨率的激光光谱仪80、1982年:K·G·威尔逊(美国)提出重整群理论,阐明相变临界现象81、1983年:萨拉马尼安·强德拉塞卡(美国)提出强德拉塞卡极限,对恒星结构和演化具有重要意义的物理过程进行的理论研究;福勒(美国)对宇宙中化学元素形成具有重要意义的核反应所进行的理论和实验的研究82、1984年:卡洛·鲁比亚(意大利)证实传递弱相互作用的中间矢量玻色子[[W+]],W-和Zc的存在;范德梅尔(荷兰)发明粒子束的随机冷却法,使质子-反质子束对撞产生W和Z 粒子的实验成为可能83、1985年:冯·克里津(德国)发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术84、1986年:鲁斯卡(德国)设计第一台透射电子显微镜;比尼格(德国)、罗雷尔(瑞士)设计第一台扫描隧道电子显微镜85、1987年:柏德诺兹(德国)、缪勒(瑞士)发现氧化物高温超导材料86、1988年:莱德曼、施瓦茨、斯坦伯格(美国)产生第一个实验室创造的中微子束,并发现中微子,从而证明了轻子的对偶结构87、1989年:拉姆齐(美国)发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用;德默尔特(美国)、保尔(德国)发展原子精确光谱学和开发离子陷阱技术88、1990年:弗里德曼、肯德尔(美国)、理查·爱德华·泰勒(加拿大)通过实验首次证明夸克的存在89、1991年:皮埃尔·吉勒德-热纳(法国)把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中90、1992年:夏帕克(法国)发明并发展用于高能物理学的多丝正比室91、1993年:赫尔斯、J·H·泰勒(美国)发现脉冲双星,由此间接证实了爱因斯坦所预言的引力波的存在92、1994年:布罗克豪斯(加拿大)、沙尔(美国)在凝聚态物质研究中发展了中子衍射技术93、1995年:佩尔(美国)发现τ轻子;莱因斯(美国)发现中微子94、1996年:D·M·李、奥谢罗夫、R·C·理查森(美国)发现了可以在低温度状态下无摩擦流动的氦同位素95、1997年:朱棣文、W·D·菲利普斯(美国)、科昂·塔努吉(法国)发明用激光冷却和捕获原子的方法96、1998年:劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦(美国)发现并研究电子的分数量子霍尔效应97、1999年:H·霍夫特、韦尔特曼(荷兰)阐明弱电相互作用的量子结构98、2000年:阿尔费罗夫(俄国)、克罗默(德国)提出异层结构理论,并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管;杰克·基尔比(美国)发明集成电路99、2001年:克特勒(德国)、康奈尔、卡尔·E·维曼(美国)在“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态”以及“凝聚态物质性质早期基本性质研究”方面取得成就100、2002年:雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼(美国)、小柴昌俊(日本)“表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面的成就。
历史上与光学有关的诺贝尔奖(一)

历史上与光学有关的诺贝尔奖(一)诺贝尔奖物理学奖颁给了LIGO的科学家,作为光电学子,小编今天为大家整理一篇历史上的与光学有关的诺贝尔奖。
1901年德国物理学家威廉·康拉德·伦琴因为发现了伦琴射线而获得诺贝尔物理学奖。
威廉·康拉德·伦琴在研究阴极射线时。
意外地发现X射线。
而后他给维尔茨堡物理学医学学会递交了一份认真、简洁的通讯,题目为《一种新的射线,初步报告》,那时的伦琴对这种射线是什么确实不了解,这就是他在第一个通报中按代数上的未知数符号“X”命名的原因,X射线的发现,又很快地导致了一项新发现——放射性的发现。
第一张x光片1902年彼得.塞曼和亨德里克.安东.洛伦兹因研究磁场对辐射现象的影响所取得的成就(塞曼效应)而获得诺贝尔奖赛曼效应的发现是对光的电磁理论的有力支持,证实了原子具有磁矩和空间取向量子化,使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解,特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释,更受到人们的重视,被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。
1907年艾伯特·亚伯拉罕·迈克尔孙因发明迈克耳孙干涉仪及在光谱学方面的工作而获得诺贝尔物理学奖迈克生和摩尔利用灵敏度很高的干涉仪验证以太风并不真实存在。
这是科学史上最大的负实验结果,但是它证明了19世纪科学家们所假想的以太根本不存在。
动摇了古典力学的基础。
为后来爱恩斯坦建立相对论创造了前提。
迈克尔孙干涉仪原理图1908年加布里埃尔·李普曼因发明用干涉效应使照相底片重现彩色的方法(彩色照相)而获奖诺贝尔物理学奖彩色照相干涉法不用染料和颜料,而是利用各种不同波长的天然颜色,即可重现照片的色彩1911年威廉·维恩因对于热辐射等物理法则贡献,而获得诺贝尔物理学奖。
维恩辐射定律给出了这种确定黑体辐射的关系式,提供了描述和测量高温的新方法。
虽然后来被证明维恩公式仅适用于短波,但维恩的研究使得普朗克能够用量子物理学方法解决热平衡中的辐射问题。
全息专题实验报告解读

全息实验报告【背景】全息术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。
Dennis Gabor是全息照相技术的发明者,由此获得了诺贝尔物理学奖。
自此,全息技术逐渐发展起来,近五十年来全息术的研究日趋广泛深入,逐渐开辟了全息应用的新领域,成为近代光学一个重要分支。
现如今全息术已渗透到社会生活的各个领域,并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中,例如利用全息技术进行艺术品展示、防伪商标、3D全息显示屏等,在未来,全息技术还可能被用于全息电视。
【实验目的】1.复习且巩固全息照相的基本原理与相片制作的处理方法。
2.掌握调节光路的方法。
3.掌握像面全息图的记录和再现原理,学会制作像面全息图;4.观察像面全息图的再现像,比较其与普通三维全息图的不同之处;【实验仪器】全息实验台,激光器,分束镜,反射镜,扩束镜,载物台,底片夹,被摄物体,全息干板,显影及定影器材,凸透镜全息照相【实验原理】全息照相是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。
这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来。
从光的干涉原理可知:当两束相干光波相遇,发生干涉叠加时,其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度,同时也依赖于这两束光波之间的相位差。
在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光,使这两束光在感光底片处发生干涉叠加,感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来,经过适当的处理,便得到一张全息照片。
全息照相过程:一.把物体光波的全部信息记录在感光材料上(记录过程)。
二.照明已被记录下来的全部信息的感光材料,使其再现原始物体的光波(再现过程)。
实验光路图【实验内容与步骤】1.全息照相光路调整按上图所示光路安排各光学元件,并作如下调整:(a)使各元件中心点对应的法线平行于桌面并且基本等高;(b)在底片架上夹一块玻片,使参考光均匀照在玻片上、入射光均匀照亮被摄物体,且其漫反射光能照射到白屏上,调节参考光与物光夹角在30°左右;(c)使物光和参考光的光程大致相等,光程差小于2 cm;(d)可分别挡住物光和参考光调节其光强比约1:3~1:10,两光束有足够大的重叠区;(e)所有光学元件必须通过磁钢与平台保持稳定;2.全息照片的记录设置好曝光时间。
1971年诺贝尔物理学奖——全息术的发明

1971年诺贝尔物理学奖——全息术的发明1971年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦帝国科技学院的匈牙利裔物理学家伽博(Dennis Gabor,1900—1979),以表彰他发明和发展了全息术。
伽博是在激光器还未出现前的40年代发明全息术的。
当时他正在一家公司的研究室里工作,该公司制造电子显微镜需要提高分辨率。
当时电子显微镜的分辨能力已比最好的光学显微镜提高了一百倍,但仍不足以分辨晶格,其中球差和衍射差是限制分辨率的主要因素,要减少衍射差就要加大孔径角,把孔径角增加一倍则衍射差减少一半,但这时球差则增加了8倍。
为了兼顾两者,不得不把电子透镜的孔径角限制为0.005弧度,从而算得分辨率的理论极限约为0.4nm。
而分辨晶格起码要0.2nm。
面对这样的难题,伽博苦苦思索。
1947年复活节的一天,天空晴朗,伽博在网球场等待一场球赛时脑子里突然出现一道闪念,想到:“为什么不拍摄一张不清楚的电子照片,使它包含有全部信息,再用光学方法去校正呢?”他考虑到电子物镜永远不会完善,若把它省去,利用相干电子波记录相位和强度信息,再利用相干光可再现无像差的像,这样一来,电子显微镜的分辨率就可以提高到0.1nm,达到观察晶格的要求了。
伽博就是从这一思想出发,发明了全息术。
应该说,全息术的基本概念是波动光学的产物。
17世纪末,惠更斯在建立光的波动说时,就提出了他的“次波”原理,这是理解波前和衍射的有力武器。
19世纪初,托马斯·杨用波动说解释他的双缝干涉实验,菲涅耳用光的干涉思想补充了惠更斯原理,完善了光的衍射理论。
应该说,在这样的基础上,早就该有人发明全息术了。
可是,为什么要等到20世纪中叶,才由一位研究电子显微镜的专家无意中对全息术作出发明呢?关键在于伽博抓住了了全息术的核心思想:波前重建。
而伽博之所以会把握住这一关键,就像他自己曾经说过的:“在进行这项研究时,我站在两个伟大的物理学家的肩膀上,他们是劳伦斯·布拉格和泽尔尼克”。
全息演示

全息照相
光学全息概述 第四代全息图 可能是白光记录和白光再现的全息图,这将使 全息技术最终走出实验室,进入广泛的实用领域。
全息照相
光学全息概述
全息照相
光学全息概述
全息照相
光学全息概述
全息照相
光学全息概述 除了用光学干涉方法记录全息图,还可以用 计算机和绘图设备画出全息图,这就是计算全息 (CGH)——利用数字计算机来综合的全息图, 不需要物体的实际存在,只需要物光波的数学描 述。 全息技术不仅可以用于光波波段,还可以用 于电子波,X射线,声波和微波波段。
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全息照相
光学全息概述
第一代全息图 1948年到50年代末期——全息技术的萌芽时期, 全息照相都是采用汞灯作为光源,而且是所谓的同 轴全息图。 存在严重的问题:再现原始像和共轭像分不开 (同轴全息图的±1级衍射波不能分开);光源相 干性太差。
全息照相
光学全息概述
同轴全息
全息照相
光学全息概述 第二代全息图 激光出现,解决了第一该光源相干性差的问 题 1962年美国科学家利斯和乌帕特尼克斯将通 信理论中的载频概念推广到空域中,提出了离轴 全息技术。 全息图再现的光分量相互分离,解决了第一 代全息图产生孪生像的难题。
全息照相
DIY 360度幻影成像
化学工程学院 应用化学1301 张盼
英 国 物 理 学 家 丹 尼 斯 伽 博
1956年发明正交全息 照相法 1960年出现激光后, 全息照相成为实用技术。 制成了平面阴极射线 管 提出形成光学描述的 矩阵理论,通信技术中 的分析信号理论、脉冲 压缩原理,信息论中的 伽博—申农理论。 1971年度诺贝尔物理 学奖得住。
全息照相
光学全息
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Dennis Gabor’s 1948
• “The years after the war were the most fruitful. I wrote, among many others, my first papers on communication theory, I developed a system of stereoscopic cinematography, and in the last year, 1948 I carried out the basic experiments in holography, at that time called "wavefront reconstruction". “
3-D Holograph
Dynamic holography
全息照相原理 The Principles of Holography
全息照相:在感光片上记录物光的光 强分布,同时记录物光的位相分布, 并用 一定的手段再现出物体的立体图 象 全息照相原理:用干涉的方法记录物 光波,用衍射的方法再现物光波
• “After pondering this problem for a long time, a solution suddenly dawned on me, one fine day at Easter 1947” • “Why not take a bad electron picture, but one which contains the whole information, and correct it by optical means” • The interference of the object wave and of the coherent background or “reference wave” will then produce interference fringes.
Dennis Gabor’s words
• The original objective was an improved electron microscope, capable of resolving atomic lattices and seeing single atoms. • Three year's work, 1950-53, carried out in collaboration with the AEI Research Laboratory in Aldermaston, led to some respectable results, but still far from the goal. • We had started 20 years too early. • Only in recent years have certain auxiliary techniques developed to the point when electron holography could become a success. • On the other hand, optical holography has become a world success after the invention and introduction of the laser, and acoustical holography has now also made a promising start.
• First Holographic Reconstruction, 1948
• Holographic Reconstruction, 1948 • “the best of our series. It was far from perfect.”
• The disturbance arises from the fact that there is not one image but two.
诺贝尔奖与光学 Nobel Prize and Optics
全息
• The Doctor, an Emergency Medical Hologram Mark I (or EMH for short), from the television series Star Trek: Voyager.
1947年的电子显微镜
• 分辨率远高于光学显微镜,但是不能分辨原子 (Å ) • 快速电子波长~ 1/20 Å • “The best electron objective which one can make can be compared in optical perfection to a raindrop than to a microscope objective, and through the theoretical work of O. Scherzer it was known that it could never be perfected. The theoretical limit at that time was estimated at 4 Å .”
全息 Holography
全息与激光: 全息技术需要相干长度很长、 强度又较强的光源,激光满足此 条件,因而全息技术在激光发明 后得到迅速发展
全息记录光路图
P
PP
Real image Virtual image
Reconstruction beam Point-object hologram
点光源的 全息记录 和再现
参考光
物光
全息记录光路图
再现光
全息再现光路图(a)(b)a)全息底片图形,b)在显微镜下图形
全息记录底片和不同角度得到的再现象
全息分类
• Amplitude and phase modulation holograms • Transmission and reflection holograms
Later…
• In the course of three years we succeeded in considerably improving the electron microscope, but in the end we had to give up, because we had started too early. • It turned out that the electron microscope was still far from the limit imposed by optical aberrations. It suffered from vibrations, stray magnetic fields, creep of the stage, contamination of the object, all made worse by the long exposures required in the weak coherent electron beam. • Now, 20 years later, would be the right time to start on such a programme, because in the meantime the patient work of electron microscopists has overcome all these defects. The electron microscope resolution is now right up to the limit set by the spherical aberration, about 3.5 Å , and only an improvement by a factor of 2 is needed to resolve atomic lattices.
– cathode-beam oscillographs, electron microscopes and TV tubes
• joined the Siemens & Halske AG in 1927 • fled from Nazi Germany in 1933, • 1933-1948 work at the development department of the British ThomsonHouston company • 1949-1967 Imperial College of Science & Technology in London
全息?
3D投影, 还不是全 息。
全息 Holography
全息: “holo” = Whole 波所携带的全部信息 ——强度与位相 I=I0e-iwt
人物及时间
获奖原因
"for his invention and development of the holographic method". 1948年, Gabor为了提高电子显微 镜的分辨能力,发明了一种利用 干涉和衍射的照相新技术,记录 物体上各点光的完全信息:振幅和 位相,称这种技术为全息技术。 激光发明后,1962年第一张激光 全息图
Improvement
• “If an electron hologram is taken with a lens with spherical aberration, one can afterwards correct one of the two images by suitable optics, and the other has then twice the aberration, which washes it out almost completely.”
• Holography with Skew Reference Beam. • It was made possible by the great coherence length of the helium-neon laser.