彩虹全息图
实验六 用二步法拍摄彩虹全息图
实验六 用二步法拍摄彩虹全息图一、实验目的（1）知道彩虹全息图可以用白光再现的原理。
（2）了解母全息图的拍摄特点及减小母全息图再现像的波像差技术。
（3）掌握二步法拍摄彩虹全息的方法。
（4）了解空间信息通道的原理。
二、原理概述1．什么是彩虹全息离轴全息图不能用白光再现的原因是因为色模糊造成的，为了在像面全息图的基础上进一步减小像全息图的色模糊，人们发展出了彩虹全息图。
所谓彩虹全息图实际上是在同一张干板上，同时拍摄记录下了两个物体的全息图，其一是物体的像面全息图，另一是一条距干板为明视距离(通常为25cm)的矩型狭逢的离轴全息图，如(图6-1)所示。
彩虹全息的出现开创了全息显示技术，用白光再现的全息图主要用来显示物体的三维形像，故叫做显示全息，它是别的显示方法不能代替的。
彩虹全息再现时，物体的实像浮在干板上，狭逢的实像呈现在干板前。
观察时人眼只有通过狭逢实像，才能看到物体的像，狭逢实像起了一个限制观察视角的作用（信息通道作用）。
由于是用白光再现，所以每一个波长的光都能再现出一个物像和狭逢实像，它们具有不同颜色。
它们一一对应，通过某一颜色的狭逢，只能看到同一颜色的物体。
由于狭逢在干板前的位置较远，所以错开位置也较大(即色散较大)，这样更易把不同颜色的狭逢实像分离而不重合，也就达到了把物像也分开的目的。
这样就在更大的成度上消除了色模糊，实现了白光再现。
由于可以看到由红到紫的物体图像，就似彩虹一样，这就是彩虹全息的由来。
因为要成像于干板上，按成像方法的不同可分为一步法和二步法。
2．拍摄彩虹全息图时狭缝物像位置的计算当参考光和再现光都是平行光时，狭缝的物像的位置坐标公式为μO I l l ±= (6-1) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±=R C O O I l x x ααμcos cos 1 (6-2) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛±=R C O O I l y y ββμcos cos 1 （6-3)(图6-1)用白光再现彩虹全息图式中O α，O β为物光的两个方位角，R α，R β为参考光的两个方位角，C α，C β为再现光的两个方位角，I α，I β为再现像光束的三个方位角。
用红敏光聚合物干板制作彩虹全息图
用红敏光聚合物干板制作彩虹全息图
向科辉;马兴坤;张慧云;茅卫红
【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2006(026)009
【摘要】用红敏光聚合物干板制作了一步彩虹全息图,并通过对影响全息图质量的几个参量的实验研究,得到了制作像质较好的彩虹全息图的实验条件.
【总页数】3页(P41-42,47)
【作者】向科辉;马兴坤;张慧云;茅卫红
【作者单位】清华大学,物理系,北京,100084;清华大学,物理系,北京,100084;清华大学,物理系,北京,100084;清华大学,物理系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.用双参考光拍摄干板两侧物体的三维全息图 [J], 戴薇;颜占先
2.非水溶性红敏光致聚合物特性及后处理对全息图性能影响的研究 [J], 李展华;章鹤龄;邵继宝;徐向敏;石磊
3.红敏光聚合物干板的使用特性 [J], 马兴坤;张慧云;茅卫红
4.党员先锋示范干港资红板别样红--红板(江西)有限公司党建促发展实践探索 [J],
5.利用天津Ⅰ型全息干板制作明胶全息图的优化工艺 [J], 胡光荣;张洪生
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
现代光信息处理1(4)
记录 盖伯全息图
全息原理—同轴全息图
参考波的来源
设相干平面波照明一个高度透明的物体，透射光场可表示为
t ( x0 , y 0 ) t 0 t ( x0 , y 0 )
强而均匀的平面波， 相当于波前记录时的参考波 弱散射波，相当于 波前记录时的物光波
t ——很高的平均透射率 0
全息原理—离轴全息图
获得重建像
满足线性记录的条件下，所得到的全息图的振幅透射率 正比于曝光期间的入射光强
t ( x, y ) t b [ O AO exp( j 2y ) AO * exp( j 2y )]
2
全息原理—离轴全息图
假设全息图由一束垂直入射、振幅为 C 的均匀平面波
zo —— 物距 zr —— 参考点源距离 zp —— 照明点源距离 zi —— 像距
结论：
菲涅耳全息图的物像关系不仅与记录时的参考光有关，
还与再现时照明光的位置和波长有关
再现像的大小、位置、颜色等特征不仅取决于再现时照明光的特征，
还与记录时光路的排布有密切关系
平面全息图－菲涅耳全息图
再现像点的坐标关系式
第三项： Gr* 第四项： G
*r = G * • r0 exp[ j 2ξb]
平面全息图－傅立叶变换全息图
2. 傅里叶变换全息图的再现 实质是
全息再现 + 傅里叶逆变换
C=1
设：再现照明光为垂直入射的单位振幅平面波
全息图后的光场复振幅为： UH 经傅里叶逆变换，得到：
= C • t H ≈ tH
（xo，yo） O （xo,yo） L （xf，yf）
单色相干光
0 f f
ℱ [O（ xo,yo ）]
6.3 各种全息图(new)
(
)
因此，可以写出像点的坐标： 因此，可以写出像点的坐标：
1 λ2 λ2 zi = ± m z p λ1 z r λ1 z0 zi λ2 zi λ2 zi xi = m x0 ± xr + xp zp λ1 z0 λ1 z r yi = m z λ2 zi λz y0 ± 2 i yr + i y p zp λ1 z0 λ1 z r
(
)
上面两个式子，结构相似。二次项表示的是球面波的相位因子； 上面两个式子，结构相似。二次项表示的是球面波的相位因子； 一次项表示倾斜传播的平面波的相位因子。 一次项表示倾斜传播的平面波的相位因子。
上述表达式具有的标准形式为： 上述表达式具有的标准形式为：
π exp j x 2 + y 2 − 2 xx i − 2 yyi λ1 z i
耦合器 激光器 光纤 光纤透镜
光纤束 物
y
二、基元光栅
Page 235-236
O = o0 exp( jky sin θ 0 ) R = r0 exp( jky sin θ r )
O
R
I = r0 + o0 + 2r0 o0 cos[ky (sin θ 0 − sin θ r )]
2 2
光栅的频率： 光栅的频率：
二. 傅立叶变换全息图 傅立叶变换全息图——当记录介质接收到的光波 当记录介质接收到的光波 傅立叶变换全息图 场是物光波的傅立叶变换时， 场是物光波的傅立叶变换时，所记录下来的全息图称为 傅立叶变换全息图。 傅立叶变换全息图。 1. 记录
设物光分布 g ( x0 , y0 ) ，则其频谱 物光分布为 其频谱为 物光分布 其频谱
(
《信息光学》第七章-光学全息解析
5、几种不同类型的全息图
5.2 振幅全息图和位相全息图
平面全息图的复振幅透过率一般是复函数，它描述照明光波通过全息图 传播时振幅和位相所受到的调制，可以表示为
t x, y t0 x, y exp j x, y
1、引言
✓什么是全息术？
全息术（holography）是利用光的干涉和衍射原理， 将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来， 并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的 立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和 相位因此称为全息术。
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1948年 Dennis Gabor 提出 “波前重现” 理论
频域方法是把物光波看作由很多不同方向传播的平面波分量的线性叠加， 每一个平面波分量与参考平面波干涉而记录的基元全息图称为基元光栅。
4、基元全息图分析
如右图，参考波是由坐标在 xr , yr , zr
的点源发出的球面波，在傍轴近似下， 投射到照相胶片上的波前为：
U
x,
y
r0
exp
j
1zr
1、引言
✓全息发展பைடு நூலகம்四个阶段
第一阶段 汞灯作光源，同轴全息图
—— 萌芽阶段 第一代全息
第二阶段 激光记录，激光再现，离轴全息图
——第二代全息*
第三阶段 激光记录，白光再现
——第三代全息*
第四阶段 白光记录，白光再现
——第四代全息
1、引言
✓全息图的基本类型
1.同轴全息图 2.离轴全息图 3.菲涅耳全息图 4.傅里叶变换全息图 5.像全息图 6.模压全息 7.位相全息 8.彩虹全息图 9.体积全息图 10.计算全息
➢ 若采用参考光波照射全息图，即C(x,y)=R(x,y)，则
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
实验十六 彩虹全息图的制作
128 实验十六 彩虹全息图的制作实验目的制作彩虹全息图并在白光下观察其再现像。
实验方法第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。
第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。
这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。
实验光路如图3所示。
实验步骤（制母板步骤省略）1．首先按图3调好光路。
2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。
（这时可挡掉R 2）。
3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。
（可调连续分束镜或在参考光路中放置衰减镜）。
4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。
曝光时间，He －Ne 激光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。
全息干板图1 母全息图图2 第二块全息图1295．经显影、定影和漂白后的干板在白光下观察其再现现象。
注意事项1．狭缝大小和方向的选择：狭缝大小选取由虹全息来说希望越窄越好。
越窄色彩越纯，但太窄物光强太弱，不便观察，也不容易拍照。
至于狭缝方向水平放置与垂直放置均可，只是观察时移动方向不同，依习惯而定。
2．制作彩虹全息图时，参考光与物光光强比约为3:1。
且参考光与物光夹角不宜过大，以免影响衍射效率。
3．观察彩虹全息图的再现像应注意再现条件：白光方向必须是R 1*的方向，再者人眼须刚好置于狭缝原位置。
4．母全息图的制备可参考全息照相实验，为了便于再现实像和制作虹全息图，制作母全息图时物光与参考光的夹角不能太小，例如应在60︒以上，物与干板的距离也应适当选择。
实验原理下面我们稍微定量地讨论基元彩虹全息图的记录与再现。
全息技术第九辑彩色全息
4.4 全息图的复制
• 全息图的制作需要激光器以及许多特殊的 设备，每一张全息图都从头至尾用激光器 制作是不经济的，全息图的廉价复制也是 全息显示技术的重要方面
4.4.1全息图的光学复制
• 全息图的光学复制一般仍采用 干涉的方法，用激光照明原始 全息图，以再现的像光束作为 物光，直射光作为参考光，记 录全息图。这样在获得一张优 质的母全息图后，就可以用一 束光照明进行复制，反射全息 和透射全息都可以用这一方法 进行复制。图4.20显示的是反 射全息的复制光路，其中HM是 母全息图，H是复制全息干板 。
• 将它们作为母全息图记录彩虹全息，光路 如图4.17（b）。与图4.17（a）相似，图中 仅保留了彩虹全息记录干板H前的物光和参 考光部分。 • 由于母全息图H1、H2和H3非常狭窄，每一全 息图本身就相当于图4.3（a）中的狭缝，因 此在全息图H上相当于记录了三张彩虹全息 图。
• 用彩虹全息方法制作三维彩色全息同样有 二步法和一步法 • 二步法记录彩色彩虹全息的光路如图4.18
• 用彩虹全息方法记录二维彩色照片的方法 如图4.17所示
• 母全息图HM的记录光路如图4.17（a）所示 ，参照图4.1a，图中仅保留了彩虹全息的母 全息记录干板H前的物光和参考光部分，其 中O1、O2、O3分别固定在毛玻璃上，它们 分别是二维彩色照片的三原色分色反转片 • 按对应的颜色设计，分别置入O1、O2 和O3 ，对全息干板的不同部分分别曝光。曝光 部分的位置就是虹全息的狭缝位置。经处 理后得到三个狭窄子全息图H1、H2和H3，
蓝
蓝绿 蓝绿 绿 绿
氩
氩 氩 氩 氩
1200
3500 3500 700 4000
520.8
568.2 632.8 647.1
- 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)。
全息技术研究天
全息元件
多功能化
智能武器
智能机器人
全 息
全息检测
无损检测 （用于工程领域）
全息显示
立体图画
全息动画
全息电影
模拟军事演习
全息存储
1
第九章
第1节
引言
全息显示
假彩色显示 真彩色显示
合成全息显示
全息图像显示方法
激光记录，激光再现 激光记录，白光再现(全息显示主要研究内容之一)
3
概念 回放
白光再现反射全息
—— 丹尼苏克 全息图
Denisyuk hologram
记 录 光 路 H
Laser
仅当
再现像 特点 λ=λ0 时 满足 布喇格条件
白光
H
4
单 色 像
白光再现反射全息
属性
反射型 体积全息图
记录条件
激光记录
选择反射率较高的物体
干板胶面朝向物体
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
单色再现像，波长与记录波长相同
用 途
白光反射全息技术是实现 彩色全息 的重要基础
5
像面全息
方法一 —
概念 回放
透射型
R O’
透镜成像法（一步法）—
L
记录
O
H C=白光 O’
再现
原光路再现
H
6
概念 回放
像面全息
方法二 无透镜法（二步法）
记录
第1步 记录菲涅耳全息图 用平行参考光
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。
图10示
第九章 第2节
白光
彩虹全息图
图 示
H
11
第九章 第2节
彩虹全息图
彩虹全息术
1、概述 历史的回顾
1969年 1978年 以后 Benton（本顿）发明了二步彩虹全息 陈选、杨振寰（美籍华人）发明了一步彩虹全息 使方法简化，噪声降低 为扩大视场角、降低噪声，众多技术相继出现
21
第九章 第2节
彩虹全息图
9.2.3 彩虹全息图像质
观察彩虹全息：眼睛 (光学系统的一部分) 彩虹全息图像质评价 单色性 色模糊 线模糊 衍射受限 全息像差
22
第九章 第2节
彩虹全息图
9.2.3 彩虹全息图像质
• 单色性
E ’ E α
F’ a F
aD ze sin r
描述人眼看到的全息像的色彩纯度
再现
彩 虹 像
狭缝像
回顾
17
第九章 第2节
彩虹全息图
（1978年 陈选、杨振寰）
4、一步彩虹全息
记录
激光 O S R
S’
z
L
O’
H
再现
18
第九章 第2节
彩虹全息图
采用 原光路 再现 R (白光)
再现
红黄 绿蓝 紫
H
彩 虹 像
O’
19
第九章 第2节
彩虹全息图
一步彩虹全息 和 二步彩虹全息 的比较：
狭缝宽度 a：大小适度，3~10mm
像点距离 z0: z0=0，色模糊为零 即像面全息图 人眼瞳孔D: 越小越好
24
第九章 第2节
彩虹全息图
9.2.3 彩虹全息图像质
• 线模糊
再现光源不是点光源，而引起全息像的模糊
C I c z0 lc
• 衍射受限
人眼的分辨率限度（角分辨率1'）
9
二步法
概念 提示
彩虹全息
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
能看到一种波长的再现像。
y
ΔH
y1 A O’ B D
ΔH O
zo ze
O
zo ze
z
线全息图宽度与狭缝 宽度关系
彩虹全息色散分析
23
第九章 第2节
彩虹全息图
9.2.3 彩虹全息图像质
• 色模糊
再现光存在线宽，再现像点会被扩展而变得模糊
观察距离 ze: 明视距离，一般不变
Da I z0 ze
人眼的分辨率限度 （角分辨率1'）
如： 条形散斑屏法
零光程差法
移动法
像散彩虹全息法
与计算机技术相结合的更先进的方法，等
应用领域十分广泛
12
第九章 第2节
彩虹全息图
2、二步彩虹全息
第一步
记录
制作菲涅耳全息图 H1
第二步
制作彩虹全息图 H2
13
第九章 第2节
第一步
彩虹全息图
制作菲涅耳全息图 H1 激光
记录
R1 为 平行参考光
R1
H1
2
第九章 第1节
引言
激光记录，白光再现(全息显示主要研究内容之一)
反射全息 像面全息 彩虹全息 真彩色全息术
White Light Reflective Holography
Image Plane Holography Rainbow Holography
Full Color Holography
第九章 第2节
彩虹全息图
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: ☆ 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。
14
第九章 第2节
第二步
彩虹全息图
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 O’ H2
记录
S
R1*
R2
H1
再现 15
第九章 第2节
彩虹全息图
用单色光再现（共轭光） R2* (单色光） H2 S’
再现
16
第九章 第2节
彩虹全息图
用白光再现（共轭光） R2* (白光) H2 红黄 绿蓝 紫
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。 20
第2步 共轭再现H1 记录像面全息图
O
O’ R1*
H1
z R1 z H2 R2 H1
返回3
7
像面全息
方法二 无透镜法（二步法）
R2 *＝白光 O’
再现
采用
共轭再现 为什么要用 共轭再现？？？ z H2
8
像面全息
两种方法的优缺点
一步法
方法简便
视场角小（受透镜孔径限制）
可用于多重像的多角度存储 噪声小 方法较一步法复杂 噪声大 视场角大 可通过增大 H1 相对 H2 的张角实现