像全息图的拍摄
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。
全息照相 final
拍摄全息照片的原理图
分光镜 He-Ne激光器 扩束镜 全反镜
扩束镜 参考光 全反镜
物光
物体 全息干板
再现原理
扩束镜 观察者
虚 象
全息干板
实 像
三、实验步骤
1 2 3 4 5 在全息台上调整光路 测量光强比 拍摄全息图 将干板进行暗室处理并凉干 在激光下观察再现像
实验仪器
氦氖激光器
分 光 镜 全 反 镜 全 反 镜
偏光眼镜法，它以人眼 观察景物的方法，利用两 台并列安置的电影摄影机， 分别代表人的左、右眼， 同步拍摄出两条略带水平 视差的电影画面 。 当观众戴上特制的偏光 眼镜时，使观众的左眼只 能看到左像、右眼只能看 到右像，通过双眼汇聚功 能将左、右像叠和在视网 膜上，由大脑神经产生三 维立体的视觉效果 。
（3）使物光和参考光的光程大致相等
光源的非单色性对干涉条纹的影响
▲
光的非单色性
、
1、理想的单色光 2、准单色光、谱线宽度 准单色光：在某个中心波长（频率）附近有一定波长 （频率）范围的光。
I0
谱线宽度：
I
谱线宽度
I0 2
0
0
设：
为光源的波长
为谱线的宽度
零级条纹重合 j 级条纹宽度
max jM (
) ( jM 1)( ) 2 2
jM
jM 级的条纹可见度为零
jM
与 jM 对应的光程差
jM 1
max
j M ( ) ( ) 2 2 ( jM 1)( )( 1)( ) 2 2
二. 全息照相的过程 • 拍摄全息照片的基本光路 大致如图。 一激光光源（波长为 λ ） 的光分成两部分：直接照 射到底片上的叫参考光； 另一部分经物体表面散射 的光也照射到照相底片， 称为物光。参考光和物光 在底片上各处相遇时将发 生干涉，底片记录的即是 各干涉条纹叠加后的图像。
全息照相学
全息照相学1. 引言全息照相学是一门研究全息照相技术的科学，它利用激光、光学元件和全息记录材料，通过记录光波的幅度和相位信息，再现物体的三维图像。
全息照相技术具有很高的信息密度，可以存储大量的数据，因此在信息存储、信息安全、军事、医疗等领域有着广泛的应用。
2. 全息照相原理全息照相技术是基于光的波动性质的。
光波是一种电磁波，它在传播过程中会表现出波动现象，如干涉、衍射和偏振等。
全息照相就是利用这些波动现象，记录下物体的三维图像。
全息照相的基本原理是干涉原理。
当物体发出的光线经过一个光学系统（如透镜、反射镜等）后，会形成物体的像。
同时，另一束参考光也会经过同样的光学系统，形成参考光束的像。
这两束光线在空间中相遇，会发生干涉现象，形成干涉条纹。
这些干涉条纹就是全息图像。
3. 全息照相系统全息照相系统由光源、光学系统、全息记录材料和再现装置组成。
3.1 光源全息照相常用的光源是激光。
激光具有单色性好、相干性好和方向性好的特点，可以产生稳定的干涉条纹。
3.2 光学系统光学系统主要包括透镜、反射镜、分束器、合束器等元件。
它们的作用是控制光线的传播方向和相位，形成干涉条纹。
3.3 全息记录材料全息记录材料是全息照相的关键，它可以直接记录下干涉条纹。
常用的全息记录材料有胶片、晶体和光敏材料等。
3.4 再现装置再现装置主要用于再现全息图像。
它由光源、光学系统和全息图像显示装置组成。
当再现光源照射到全息记录材料上时，全息图像会被重建出来。
4. 全息照相技术全息照相技术包括全息图的拍摄、处理和再现等过程。
4.1 全息图的拍摄全息图的拍摄主要包括以下步骤：1.准备物体和光源；2.用光学系统将物体发出的光线和参考光束聚焦在全息记录材料上；3.调整光学系统，使物体和参考光束的干涉条纹清晰地记录在全息记录材料上；4.关闭光源，取出全息记录材料，结束拍摄。
4.2 全息图的处理全息图的处理主要包括去噪、增强和重构等操作。
处理方法有数字处理和光学处理两种。
全息照相——精选推荐
实验十全息照相全息照相（或称全息术）是利用光的干涉原理记录物光波和利用光的衍射原理再现物光波的一门立体摄影技术。
早在1948年就由英国的科学家伽柏1提出了理论与方法。
由于当时缺少高强度、高相干性的光源，所以这项工作进展的比较缓慢，随着20世纪60年代激光的问世，使得全息照相有了一个合适的光源，因而迅猛的发展起来，并且相继的出现了多种全息方法，开辟出全息应用的广阔领域。
鉴于伽柏这种开创性的研究成果，他被授予1971年度的诺贝尔物理学奖。
从用激光作为光源拍摄出第一张具有实用价值的全息照片起，至今已发展到不仅可以用激光拍摄、激光再现，而且已经发明了激光拍摄、白光再现的全息术，如：反射全息、彩虹全息、及合成全息等等。
同时也开始了利用白光记录全息图的研究工作。
现在全息照相的理论已应用于信息储存、图象识别、干涉计量、无损检测、物体的表面研究、遥感技术、生物医学及军事科学的各个门类，也深入到我们的日常生活中，如：书籍装帧、防伪商标、家庭玩具和工艺品等。
应用了全息技术后，给我们带来了越来越多的方便和益处。
本实验将通过静态全息照相的拍摄和再现，了解全息照相的主要特征及操作要领。
实验原理１．全息照相的概述由光的波动理论可以知道，光波是电磁波，它的特征主要取决于其振幅（强度），相位（波前的形状）和波长（颜色）。
我们要感受到一个真实立体的物体存在，至少应接受到两类信息，即物体发出的一定频率光波的振幅与相位。
假使物体不存在，只要能接受到与原物体发出的振幅与相位完全一致的光波，那么一样能感受到与原物体一样逼真的图像。
普通照相是把物体表面漫反射的光波，经过照相机的镜头，形成物体的象，如果在象位置上放一感光底片，因象的照度和物体相应各点的光强成正比，所以底片经曝光、显影后，就可以得到一个明暗与被摄物体成反比的物体象（负片），把象上的光强分布记录在感光片上，经冲洗加工，在照相纸上就可以得到一个普通的相片。
由于普通照相所用的感光材料的感光特性，其频率响应远跟不上光波的频率，感光的程度仅仅与总的曝光量有关，照片上记录的是物体的光强分布，也就是只记录的是物光的振幅，没有把物光的全部信息（振幅、相位）都记录下来。
第七章 光全息术2-像全息图、彩虹全息图1
UH ℱFOℱFROO fx , f y R fx , f y
O ( xo , yo ) exp [ - j2 ( fx xo f y yo ) ] d xo d yo Ro exp [ j 2 fx b] fx = xf / ( λf )、fy = yf / ( λf )，xf﹑yf为透镜后焦面的空间坐 标，f为透镜焦距
第二步
制作彩虹全息图 H2 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*
记录
O’
R2
H1
再现
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用单色光再现（共轭光）
R2* (单色光）
H2
S’
再现
在观察再现像时，仿佛也是通过狭缝去看。
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
全息激光幻彩第一币（藏品赏析）
• “幻”是奇异的变化，“彩”是各种颜色的交织。 这两个字组织到一起，幻中有色，色中有变，变中 有新，新中有奇，奇中有绝。这种幻彩表现在金银 币上，自然灵光四动，流光溢彩，别有一番奇妙风 采。2004年9月推出的《全国人大成立50周年》纪 念金银币，是我国贵金属纪念银币生产首次采用全 息激光工艺技术，此套纪念金银币就有这种特殊的 幻彩效果。
§5-4 平面全息图
2、傅里叶变换全息图
再 现 光 路
第三项U：f 3 ℱ 1 R0OF fx , f y exp j2 fxb
RoOF fx , f y exp- j 2 fxbexp j2 fx x 'o f y y 'o dfxdf y
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。
全息照相技术
全息照相技术建电131徐芳勤02内容摘要：全息照相是应用光的干涉来实现的，它用激光作光源，通过全息记录和再现过程实现，全息照相较之普通照相有许多优点，它既记录光波的振幅，又记录位相的全部信息，是一种利用波的干涉记录被摄物体反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技术。
全息摄影是通过一束参考光和被摄物体上反射的光叠加在感光片上产生干涉条纹而成。
全息摄影不仅记录被摄物体反射光波的振幅（强度），而且还记录反射光波的相对相位。
为了满足产生光的干涉条件，通常要用相干性好的激光作光源，而且光和照射物体的光是从同一束激光分离出来的。
感光片显影后成为全息图。
所以全息照相技术有重要的实际应用。
关键词：全息照相，波的干涉，全息照片，全息摄影引言：我们看到的世界是三维的、彩色的，这是因为每个物体发射的光被人眼接受时，光的强弱、射向和距离、颜色都不同。
从波动光学的观点看，是由于各物体发射的特定的光波不同，光的特征主要取决于光波的振幅、相位、和波长。
如果能看到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三维像，这就是全息术。
全息术诞生到现在60年来取得了很大的进展，已经被广泛应用于近代科学研究和工业生产中。
1947年匈牙利出生的英国物理学家D.伽柏（D.Gabor）最先提出全息术的设想，意图提高电子显微镜的分辨本领。
方法是完全撇开电子显微物镜，用胶片纪录经物体衍射的末聚焦的电子波，得到全息图。
1962年苏前联科学家U.丹尼苏克（Denisyuk)提出了反射全息图的方法，第一次用普通的白织灯照明全息图观察到全息像。
1965年，R.L.鲍威尔，K.A.斯泰特森提出全息干涉术。
物体在施加应力前后经过两次全息曝光，再现的全息像上的等高线显示物体变形的状况。
1968年，S.A.本顿发明彩虹全息术，由于可用白光观察全息图，看到记录物体的彩虹像，成为显示全息术的重要进展。
它使后来通过模压技术批量生产全息图成为现实。
从此全息术才真正的走出实验室，在生产实践和科学研究领域中成为了重要角色，以全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等各种形式存在。
全息照相的拍摄原理原理
全息照相的拍摄原理原理全息照相是一种利用相干光的干涉原理记录并再现物体的全息图像的技术。
全息照相的拍摄原理主要包括：1. 干涉原理：全息照相利用光的干涉现象来记录物体的全息图像。
干涉是指两束或多束光波相遇时的相互作用，其结果是波的叠加。
在全息照相中，拍摄物体的光波与参考光波发生干涉，形成了干涉条纹，这种干涉条纹携带了物体的三维信息。
2. 激光光源：全息照相需要一束高度相干的激光光源。
激光具有高度单色性和相干性，能够产生稳定的干涉条纹，并提供足够的光强用于记录全息图像。
3. 分束镜：分束镜是全息照相中的一个重要光学元件。
它将来自激光器的光分成两部分，一部分是直射到拍摄物体上的对象光，另一部分是被称为参考光的光束。
4. 物体光与参考光的干涉：当分束后的对象光照射到物体上时，它会被物体表面反射或透射，形成物体光。
同时，从分束镜反射出来的参考光也照射到物体上。
5. 干涉记录：物体光与参考光在感光介质上发生干涉，并记录下干涉条纹的信息。
感光介质可以是光敏薄膜、干板或者像素阵列等。
6. 全息图像再现：全息照相的关键在于再现全息图像。
再现时，使用与记录时相同的光源，将记录下来的全息图像照射得到物体光和参考光。
物体光与参考光再次发生干涉，干涉条纹会产生光学衍射，通过成像系统或像素阵列可以看到再现的全息图像。
总结起来，全息照相的拍摄原理主要是利用光的干涉现象来记录物体的全息图像。
通过利用激光光源、分束镜和感光介质，物体光和参考光发生干涉并记录下干涉条纹，再利用相同的光源再现全息图像。
全息照相的拍摄原理使得它能够记录和再现物体的三维信息，具有广泛的应用前景。
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*收稿日期:2001-9-20
像全息图的拍摄
赵鹏飞1邱大庸2
(11湛江师范学院物理系,广东湛江541001; 21重庆大学应用物理系,重庆市400044)
摘要为丰富近代物理实验教学内容,就作者设计并已开出的实验之一/像全息图的拍摄0实验
介绍实验原理、典型实验光路及实验步骤.
关键词白光再现;像全息
中图分类号:TB87711文献标识码:A文章编号:1003-7551(2001)04-0035-03
1引言
三维全息图因能记录物体的全部信息,具有无以伦比的观察效果而被迅速推广应用于科技及国民经济的众多领域。
但是必须用激光照明再现而限制了它的进一步发展。
为此,经科学家的辛勤耕耘,研制成功了用激光记录、白光再现的全息术,主要有反射全息、像全息、彩虹全息、全成全息。
白光再现全息术的特点是能够在白昼自然环境中或者在白炽灯光下观察到立体图像。
精美的白光再现全息图已成为一种高雅的艺术品,以白光再现全息术为支柱的全息模压复制技术,现已形成全息印刷产业。
2实验目的
(1)了解用白光再现像全息图的原理。
(2)学习拍摄漫反射物体像全息图的方法。
(3)熟练掌握像全息图的再现规律,总结其特点。
3实验原理
在以前的实验中我们已看到,如果用白光照明三维全息图,只能看到一个模糊的彩色光团。
这是因为三维全息图实质上是一块特殊的光栅,用白光照明时由于红、黄、绿,,各色光的衍射角不同而发生色散,如图1所示。
图中画出了波长最长的红光和波长最短的紫光的两个像,其它各色光的像在这二者之间,它们都稍有错开又彼此重迭。
所以,这种全息图是不能用白光再现的。
在图1中,$L表示红色像与绿色像错开的距离,称/色模糊量0。
我们注意到$L的大小与再现像离开全息图H的距离有关。
如果像离开全息图(亦即拍摄时目标物离开全息干版的距离)越远,则$L越大;反之,色模糊量$L就越小。
倘若目标物就在干版上(即物距Z i y0)这种色模糊量便可忽略不计。
也就是说各种颜色的像的位置几乎不错开,看上去是清晰的。
但是这时怎样去照明物体?却发生了困难。
35
第4期像全息图的拍摄
图1
解决的办法之一是用透镜将被照明的物体成像于干版附近;以这个像作为物,再引入参考光拍摄全息图,如图2所示。
这种全息图称/像全息图0,若将物体的像位于干版上时(实际上跨越在干版两边)称为/像面全息0,
是像全息的一种特例。
图2
像面全息再现的景物跨越在干版的前后两边,像全息的景物则浮在干版前(或后),令人神往;而距干版较远的部分,由于不同波长的像会有些错开而使它/镶嵌0上彩色的边缘,绚丽多姿,启人暇想。
4 几个重要参数(推证从略)
(1)可能色模糊量D 6i
设D 表示人眼瞳孔大小,Z B 表示观察(再现像的)距离,Z 表示物距。
则有关系式
D X i =Z
E Z i D (3-1)
上式表明观看像全息图时,观察者离全息图越远;像离全息干版越近,看到再现像的色模糊越小。
(2)允许景深
像全息图的景深$Z 0主要取决于观察距离Z i 。
当拍摄时激光波长K 0确定后36
第22卷 第4期 广 西 物 理GUANGXI W ULI
Vol.22No.4 2001
第4期像全息图的拍摄
$Z0W Z2E
即景深随观察距离的平方增加。
(3)像的单色性
单色性指进入人眼的成像光波波带宽。
其表达式较复杂。
总之,它与观察距离成反比,通常只有几十埃。
5实验光路
如图2所示。
输入的氦氖激光经分束镜BS分光后,透射光O~经扩束镜L1扩束后照明目标物O;O 经透镜L成像为O c。
此时像O c为拍摄的目标物。
全息干版置于像前(或像后一点),也可置于像面上,实验可自行决定;分束后的反射光R~作为参考光经扩束镜L2扩束后,均匀照射到干版H上。
H的乳胶面在图中用粗线条标明。
6实验仪器
光源:氦氖激光器
仪器:激光全息实验仪;光强测量仪
记录介质
7实验步骤
(1)按照图2布置并调整好光路(这时用白屏代替全息干版H),尽量使物光与参考光的光程相等。
物、参光的夹角设在30b-45b之间。
(2)根据目标物的漫反射特性选择合适的物、参光光强比。
这时是用目标物的像当作物来拍摄,原物的漫反射光经成像会聚后,其光强已足够而不需增强参考光束提供偏置曝光量。
在此情况下,参、物光强比可采用1B1,甚至物光还可稍强些,用光强测量仪分别测定。
(3)取下白屏,关断输入激光束,装好全息干版(注意药膜面对成像透镜L),设定光电开关的曝光时间,稳定1分钟左右,接下光电开关快门曝光。
完后取下干版经线性冲洗、吹干后即得到一张像面(或像)全息图。
(4)为提高衍射效率,可进行漂白处理以转换成位相全息图。
(5)用白织灯观察拍得的像(或像面)全息图的特点,总结其再现方法,与三维全息图比较。
(6)测量数据:参、物光夹角H;参、物光光强比B=IR/I0;衍射效率G=I1/I K。
8问题与思考
(1)图2中物体通过透镜成等大像,只是给出了示意图。
你能画出完整的成像光路图么?
(2)像(或像面)全息图与三维全息图的观察后果有什么区别?为什么?
参考文献
[1]余美文.光全息学及其应用[M]1北京:北京理工大学出版社,19961
[2]邱大庸等1玻璃器皿全息艺术照片拍摄兼论像面全息图的再现观察[J]1激光杂志,1987,(8)1
37。