实验25 数字全息及实时光学再现实验
北京工大
实验目的
1、 2、 理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现
理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现
3、 理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全 息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现 4、 理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同， 通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现 5、
DIGITAL HOLOGRAPHY: RECORDING
Laser
reference beam
Laser
Phase shifter
objectate object beam Beam splitter
CCD
Beam splitter (b) Digital holography
Phase shifting technique is more easily implemented in DH.
(a) Conventional optical holography
DIGITAL HOLOGRAPHY:
RECONSTRUCTION
Laser Processed photographic plate
实验背景
1948，D. Gabor, 提出了“波前重现”（A new microscopy principle, Nature） (Nobel prize) 1962, Leith E N and Upatnieks J., 离轴全息术 （Reconstructed wave fronts and communication theory. JOSA） 1967, J.W. Goodman and R.W. Lawrence, 数字全息术 （Digital Image Formation from Electronically Detected Holograms“, Appl. Phys. Lett.） 1994, U. Schnars, W. Juptner, 第一张数字全息图（Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction Formation from Electronically Detected Holograms“, Appl. Phys. Lett.）
jk 2 2 u1 ( xi , yi ) exp ( xi xr ) ( yi yr ) J 1 ( xi , yi ) 2 z0
jk jk exp ( xr x yr y ) exp ( xi x yi y ) dx0 dy0 z0 z0
像光场强度分布 实原始像复振幅
I ( xi , yi ) F h x, y
J 1 ( xi , yi ) F ur
u1 ( xi , yi ) exp
jk 2 2 2 ( x x ) ( y y ) 4 z i r i r 0 J 1 ( xi , yi ) 2 z0
离轴无透镜傅里叶变换全息：
② 再现：会聚球面波照明再现光路
实共轭像
实原始像
图2 无透镜傅里叶变换全息图再现示意图
离轴无透镜傅里叶变换全息：
jk 2 C ( x, y) exp ( x y 2 ) 2 z0 像光场复振幅分布
基于菲涅耳衍射
再现参考光
jk 2 2 U ( xi , yi ) exp ( xi yi ) F h( x, y) U0 ( xi , yi ) U1 ( xi , yi ) U1 ( xi , yi ) 2 z 0
肝癌细胞（活）
x 0.85 m
（德）B.Kemper 2004
d=7 μ m 角谱再现
x 2.2 μ m
（美）M.K.Kim
SPIE
卵巢癌细胞
2006
菲涅耳重建
x 0.5 m
（意）P.Ferraro
Opt.Exp. 2006
MEMS(双压电晶片悬臂）
西北工大
天津大学
近代物理实验
实验二十五 数字全息及实时 光学再现实验
郑州大学物理实验中心
Dr. Dennis Gabor signs a copy of the Museum of Holography's inaugural exhibition catalogue, "Through The Looking Glass," during his historic visit to the museum on March 17, 1977. (Photo by Paul D. Barefoot)
数字全息技术实现了全息图的记录、存储、传输和 再现的完全数字化，可通过网络实时传输和异地显 示，而且可以方便低消除像差、噪声等影响。
在生物细胞成像、工业无损检测等方面具有广泛的 应用前景。
数字全息术的应用
x 0.5 m
（瑞士）E.Cuche
2002-2004 神经细胞 菲涅耳重建 人体活细胞
计算机 数字记录 数字摄像机 光学记录
计算机
全 息 图
图 6 数字全息整体实验方案
数字再现 空间光调制器 光学再现
1、计算机模拟全息（数字记录，数字再现） 计算模拟全息分为两个过程，第一是通过计算机计算出一副图片的全息图，第 二个过程仍然是通过计算机将全息图重建，重建之后就能得到初始的图片。 根据实验原理编写程序，下面给出程序演示结果，打开“VCIP.exe”
jk 2 2 ( z0 ) R0o ( xi xr , yi yr ) exp ( xi xr ) ( yi yr ) 2 z 0 注：也可以利用准直光再现 即 C ( x, y ) 1
2
无透镜傅里叶变换全息的优点
记录光路结构简单； 能够充分利用CCD的有限带宽 ；
基于菲涅耳衍射
jk 2 2 ( x y ) O( f x , f y ) CCD平面物光场： u ( x, y) exp 2 z0 jk 2 2 O( x, y ) F o( x0 , y0 ) exp ( x0 y0 ) 2 z0
Virtual image Beam splitter
(a) Conventional optical holography
(b) Numerical reconstruction with computer
数字全息技术是光学与光电技术、数字计算机技术 的结合，用CCD记录全息图，并通过计算机数值模 拟光学衍射过程再现物光波前，可实时再现逼真的 三维物体。
J 1 ( xi , yi ) O( f x , f y ) R0 exp
jk jk jk 2 ( xr yr2 ) exp ( xr x yr y ) exp ( xi x yi y ) dx0 dy0 2 z0 z0 z0
2、可视数字全息（数字记录，光学再现） 可视数字全息分为两个过程，一是将一副图片通过计算软件得到其全息图，二是 将得到的全息图加载到空间光调制器上，在光路中将物信息再现出来。 1）仍以图 “大恒”为例讲述本实验过程，图片为1024*1024，打开操作软件， 在软件中加载此图片：
2）参考实验1中获得全息图的方法，可得到下面得到“大恒”的计算全息图，如 下图，将图像存储到指定文件夹中，图片大小为1024*1024，格式为bmp，记录 距离为100mm，物体大小20mm条件下的全息图。
3）点击“OK”，程序会自动运行，随后输出下图全息图
4）点击菜单栏中的“全息系统—>菲涅尔全息数字重建”会弹出参数对 话框，再现参数要和模拟参数相同，点击“OK”，软件计算之后会将重 建结果输出到屏幕上，有下图结果。如果再现参数（再现距离和记录波 长）与记录参数不用得到的图像会变模糊。
图中左上角白框中圈出的“大恒”字便是重建结果。
②对离轴全息需同时满足分离条件
全息图分类：同轴、离轴菲涅耳全息；同轴、离轴无透镜傅里叶变 换全息；像全息(+MO无透镜傅里叶变换全息情况）
2.物光波重建：
位相恢复： u ( x ,
r ( x , y ) y )r ( x, y ) u ( x, y )
*
逆向传播得到聚焦像：
u ( x, y )
畸变 矫正
o ( x0 , y 0 )
原始物光场
o ( x0 , y 0 )
2
原始物光场强度分布 原始物光场位相分布 （包裹位相）
Im(o( x0 , y0 )) arg tan Re(o( x0 , y0 ))
离轴无透镜傅里叶变换全息： ①记录
ℱ
图1 无透镜傅里叶变换全息图记录示意图
离轴无透镜傅里叶变换全息：
F
二维傅里叶变换 f x
jk 2 2 CCD平面参考光场：r ( x, y ) R0 exp x xr y yr 2 z0
2 全息图： h( x, y ) u r R0 u ur ru 2 2
允许的最小记录距离与被测量物体的大小成正比； 强度再现像准确、重建速度快；
实验内容与步骤
本实验系统对全息技术做出了全面地展示，具体有一定前沿性和综合性。如果 从全息角度区分，实验内容包括计算机模拟全息、数字全息、可视数字全息、 实时传统全息。如果从记录方式和光学再现方式的角度区分，实验内容可分为 数字记录，数字再现；光学记录，数字再现；数字记录，光学再现；光学记录 、光学再现。图—给出了实验内容的整体规划示意图。
全息再现实验报告
---全息照相实验报告一、实验目的1. 了解全息照相的基本原理，包括干涉和衍射原理。
2. 掌握全息照相的实验操作步骤，包括光路调节、曝光控制等。
3. 学习制作像面全息图，并观察再现像的特点。
4. 比较像面全息图与普通三维全息图的不同之处。
二、实验原理全息照相是一种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。
它通过将物体反射或散射光（物光）和参考光发生干涉，将来自物体的光波波阵面（物光波前）的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在感光的全息干板上。
在一定条件下，将所记录的全部信息完全再现出来，再现的物像是一个逼真的三维立体像。
三、实验仪器1. 全息实验台2. 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. 显影及定影器材11. 凸透镜全息照相四、实验步骤1. 调节光路：将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等按照全息照相实验的要求进行调节，确保光路正确。
2. 安装全息干板：将全息干板固定在载物台上，调整其位置和角度，使物光和参考光能够同时照射到干板上。
3. 曝光：控制曝光时间，使物光和参考光在干板上形成干涉条纹。
4. 显影和定影：将曝光后的全息干板放入显影液和定影液中进行处理，使干涉条纹固定在干板上。
5. 观察再现像：将处理好的全息干板放置在适当位置，用激光照射，观察再现像的特点。
五、实验结果与分析1. 成功制作了像面全息图，并观察到了再现像。
2. 比较了像面全息图与普通三维全息图的不同之处，发现像面全息图具有更加逼真的三维效果。
3. 分析了实验过程中可能出现的误差，并提出了改进措施。
六、结论通过本次实验，我们掌握了全息照相的基本原理和实验操作步骤，成功制作了像面全息图，并观察到了再现像。
实验结果表明，全息照相技术具有广阔的应用前景，可以用于光学信息存储、光学成像等领域。
---这份实验报告仅供参考，您可以根据实际情况进行修改和补充。
基于数字全息技术的光学实验探究
基于数字全息技术的光学实验探究作者：吴铁飞来源：《数字技术与应用》2013年第12期摘要：数字全息技术是一项融合了光学、电学、信息技术学科的综合性技术，具有传统光学全息不可超越的优点，笔者首先分析了数字全息技术的记录和再现原理，其次通过具体的光学实例展示了数字全息技术在光学实验中记录和再现的应用。
关键词：数字全息光学实验菲涅尔全息图中图分类号：TP391.41；O438.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0107-011 数字全息技术的基本原理数字全息技术虽然是新兴技术，但仍然秉承了传统光学全息的理念，整个过程可以分为两步：第一步，记录。
通过用CCD接受全息图，再通过使用图像采集卡将转换为数字信息的全息图存贮到电脑中；第二步，再现。
通过计算机语言编程模拟光波得到图像的再现，为了保证图像的清晰度，必须进行滤波消除衍射像。
1.1 数字全息图的记录原理数字全息的记录和再现原理图如下图1所示。
1.2 数字全息图的再现原理数字全息图的再现是指通过电脑软件进行模拟光波衍射的再现，具体步骤如下：第一步，通过数字信息再现物体和参考光波的全息波场；第二步，根据光学衍射理论，通过电脑软件进行数字模拟光波的衍射过程，同时计算再现成像平面的光波场分布情况，就能获得物体的强度像和相位像。
2 数字全息光学实验实例将数字全息技术应用于光学实验的主要目的是帮助学生理解数字全息技术的记录和再现的基本过程，通过应用光波衍射理论并通过Matlab编程实现全息图的再现，掌握新型技术的使用方法。
下述通过使用塑料色子和USAF-1951分辨率鉴别板进行数字全息技术光学实验实例，展示数字全息图的记录和再现。
2.1 实验装置组成介绍所用光源波长为532nm，单纵模固态激光器输出功率为20mW，PBS（偏振分光棱镜）与前后半波片组成分光系统，目的为了产生偏振态相同的两束光。
一束光作为参考光，另一束光照射到物体作为物光，两者经过BS（消偏振分光棱镜）合束叠加形成全息图，最后采用CMOS相机记录再现。
光的全息实验报告
#### 实验目的1. 理解全息照相的基本原理和过程。
2. 掌握全息照相的实验技术和操作方法。
3. 通过实验观察全息图像的记录和再现，了解全息图像的特点。
#### 实验时间2023年10月25日#### 实验地点光学实验室#### 实验器材1. 防震光学平台2. 氦氖激光器3. 分束器4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 被摄物体8. 全息干板9. 显影液10. 定影液11. 暗房设备#### 实验原理全息照相是一种利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物体的三维图像的技术。
其基本原理是利用激光作为光源，通过分束器将激光束分为物光束和参考光束。
物光束照射到被摄物体上，反射的光波与参考光束发生干涉，产生干涉条纹。
这些干涉条纹被记录在感光材料（全息干板）上，形成全息图。
当全息图受到适当的光照射时，通过衍射原理，再现出被摄物体的三维图像。
#### 实验步骤1. 设置实验装置：将全息干板固定在载物台上，调整反射镜和分束器，使激光束能够照射到全息干板上。
2. 选择被摄物体：选择一个合适的被摄物体，如小物体或图案，确保其表面平整且具有一定的纹理。
3. 记录全息图：- 打开激光器，调整激光强度和光路，使物光束和参考光束的相对角度适中。
- 将被摄物体放置在物光束的路径上，确保物体与全息干板的距离适中。
- 按下快门，记录干涉条纹。
4. 冲洗全息干板：- 将记录有干涉条纹的全息干板放入显影液中，按照规定时间进行显影。
- 显影后，将干板放入定影液中，按照规定时间进行定影。
5. 观察再现图像：- 将定影后的全息干板置于观察位置，用激光照射全息干板。
- 通过观察，可以看到被摄物体的三维图像。
#### 实验结果与分析实验成功记录了被摄物体的全息图像，并在激光照射下成功再现了三维图像。
观察结果显示，全息图像具有以下特点：1. 立体感：全息图像具有强烈的立体感，可以从不同角度观察到被摄物体的不同侧面。
2. 细节丰富：全息图像能够记录物体的细微纹理，使得再现图像更加真实。
增强数字全息再现像的数字方法及实验研究
处理方法 ， 并通过实验结果进行分析探讨。
关 键 司： 数字全息； 再现像； 数字图 像处理
中图分 类号 ： ０ ４ ３ ８ ． １
文 献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ８ ９ ６ ５ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ７ — ０ ４
数 字全息 技 术 于 １ ９ ６ ７年 由顾 德 门 （ Ｊ ．Ｗ．Ｇｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ ） 提 出。它 的 记 录光 路 和 光学 全 息 基 本 相 同 ， 不 同 的是 它用光 敏 电子元 件 例如 Ｃ Ｃ Ｄ来代 替传 统 照相 干板来 记 录全 息 图 ， 并把 所 记录 的数字 全息 图输 入计 算
Ｖｏ １ ． ３ ２ ， Ｎｏ ． ２ Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３ 年 ６ 月
增强 数字全 息再现像的数字方法及实验研究
王先 明 ， 沈丽娜 ， 张泽 霞
（ 新疆师范大学 物理与电子工程学院， 新疆 乌 鲁 木 齐 ８ ３ ０ ０ ５ ４ ）
摘 要 ： 数字全息再现干扰像的 去除是影响其广泛应用的关键， 文章介绍了数字全息的 基本 原理和 增强其 再现像的数字
［ 收稿 Ｅ ｔ 期 ］２ ０ １ ２ —１ ２ —１ ５
［ 基金项 目］新疆师范大学优秀青年教师科研 启动基 金资助 （ ＸＪ ＮＵ０ ９ ２ １ ） ； 新疆 师范大 学新型发 光材料 与纳米微结 构重点 实验室基金 资
助。
［ 作 者 简 介 ］王 先 明 （ １ ９ ５ ８ 一） ， 男， 湖南 衡 山人 ， 教授， 主 要从 事 光 电信 息处 理 教 学 与研 究 。
息 面 上物 光和 参考 光叠 加后 的复 振 幅分 布为 ：
实验25 数字全息及实时光学再现实验
离轴无透镜傅里叶变换全息：
② 再现：会聚球面波照明再现光路
实共轭像
实原始像
图2 无透镜傅里叶变换全息图再现示意图
离轴无透镜傅里叶变换全息：
jk 2 C ( x, y) exp ( x y 2 ) 2 z0 像光场复振幅分布
基于菲涅耳衍射
再现参考光
jk 2 2 U ( xi , yi ) exp ( xi yi ) F h( x, y) U0 ( xi , yi ) U1 ( xi , yi ) U1 ( xi , yi ) 2 z 0
2、可视数字全息（数字记录，光学再现） 可视数字全息分为两个过程，一是将一副图片通过计算软件得到其全息图，二是 将得到的全息图加载到空间光调制器上，在光路中将物信息再现出来。 1）仍以图 “大恒”为例讲述本实验过程，图片为1024*1024，打开操作软件， 在软件中加载此图片：
2）参考实验1中获得全息图的方法，可得到下面得到“大恒”的计算全息图，如 下图，将图像存储到指定文件夹中，图片大小为1024*1024，格式为bmp，记录 距离为100mm，物体大小20mm条件下的全息图。
( z0 )2 R0o( xr xi , yr yi ) exp
jk 2 ( xi yi2 2 xi xr 2 yi yr ) 2 z0
离轴无透镜傅里叶变换全息：
实共轭像复振幅
基于菲涅耳衍射
jk 2 J 1 ( xi , yi ) O ( f x , f y ) R0 exp ( xr yr2 ) 2 z0
探究数字全息在测量方面的应用
实验原理
1.全息图记录：
h ( x , y ) u ( x , y ) r ( x , y ) uu R ur u r
光全息照相实验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解全息照相的基本原理和过程。
2. 掌握全息照相的实验操作技术，包括光源的选择、光路的搭建、全息图的记录与再现。
3. 通过实验观察全息图的特性，如三维立体感、干涉条纹等。
4. 分析实验中可能遇到的问题及其解决方法。
二、实验原理全息照相是一种记录和再现光波波前信息的技术。
它通过将物体反射或散射的光波（物光）与参考光发生干涉，将物光波前的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在全息干板上。
当用适当的光照射全息图时，可以再现出物体的三维立体像。
全息照相的基本原理如下：1. 干涉原理：当两束相干光波相遇时，它们会相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这些条纹包含了光波的振幅和相位信息。
2. 记录原理：将物光和参考光干涉产生的干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。
3. 再现原理：用与参考光相干的光照射全息图，通过衍射和干涉作用，再现出物体的三维立体像。
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（7:3）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. 搭建光路：将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等仪器按照实验要求搭建好光路。
2. 选择被摄物体：将被摄物体放置在载物台上，确保其稳定。
3. 曝光：将全息干板放置在底片夹上，调整其位置，使物光和参考光在干板上形成干涉条纹。
使用曝光定时器控制曝光时间，确保干涉条纹清晰。
4. 显影与定影：将曝光后的全息干板放入显影液和定影液中处理，使干涉条纹固定。
5. 观察与记录：观察全息图上的干涉条纹，记录其特性，如条纹间距、形状等。
五、实验结果与分析1. 干涉条纹：实验中观察到的干涉条纹清晰，表明实验操作正确。
2. 再现效果：用激光照射全息图，可以看到物体的三维立体像，说明全息照相成功。
3. 影响因素：实验中发现，光路稳定性、曝光时间、显影与定影时间等因素都会影响实验结果。
数字全息图的实时动态再现
数字全息图的实时动态再现陈海云;王辉;李勇;金洪震【摘要】基于液晶空间光调制器的高分辨率及其像素的微尺寸,分析了液晶空间光调制器用于数字全息图光电再现时的视角问题,并由此提出了通过空间三屏拼接的方法增大再现像视角的方法,进而利用电寻址空间光调制器的时间分辨率实现数字全息图的实时动态显示.利用经过改造的液晶背投影光学引擎系统设计了硬件实验系统,给出了实验结果.【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(031)001【总页数】4页(P41-44)【关键词】视角;空间光调制器;光电再现;光学引擎【作者】陈海云;王辉;李勇;金洪震【作者单位】浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004【正文语种】中文【中图分类】O438.10 引言Gabor于1948年提出的全息技术[1]能够记录和再现三维物体，为三维立体显示开辟了一个新的重要方向，并且已经在光学计量、微光学、立体显示等领域得到了广泛的应用[2-3].计算全息术将全息原理与计算机技术相结合，使得全息技术的应用更加广泛和灵活[4-5]，实时全息立体显示技术的研究也逐渐向实用方向发展[6-7].随着微像素尺寸、高分辨率的液晶空间光调制器的出现，计算全息图或数字全息图可以通过液晶空间光调制器和计算机控制实现光电再现，为全息图的实时动态显示提供了新的技术基础[8].但已有的液晶数字全息再现系统因分辨率的限制只能显示小视角、静态的再现像.由于视角很小，基本上无法达到立体显示效果[9].为此笔者提出了空间三屏拼接的方法，一定程度上增大全息再现像的视角，提高立体显示效果，并在此基础上利用电寻址液晶空间光调制器的时间分辨率，对三维物体连续不同视角对应的全息图按顺序输出到液晶空间光调制器进行实时光电再现，利用人眼的视觉残留效应实现对三维物体的实时动态再现.实验中笔者利用了液晶背投影光学引擎系统，并对其进行改造，设计了符合实验需要的硬件系统.按照三屏拼接方法实现实时动态再现的需要计算了全息图阵列，编制了控制全息图顺序输出的程序，得到相应的实验结果.1 数字全息图光电再现的视角分析图1 光电再现原理图目前,高分辨率电寻址液晶空间光调制器的像素尺寸达到了微米量级，已经可用于对数字全息图进行光电再现，其系统光路原理如图1所示.全息图通过计算机视频接口输出至空间光调制器(SLM)，平行激光光束垂直照射SLM，透射光经L1会聚在焦面处得到全息再现像.由于SLM的周期性像素化结构，再现像有多组±1级衍射像出现，同时伴有零级衍射光，在L1焦面处加光阑F，选取一组合适的再现像，同时消除零级衍射光的影响.再现像的视角大小对于全息显示来讲非常重要，它直接影响到全息再现像的立体显示效果，高分辨率的液晶空间光调制器虽然已经能够用于全息图的实时光电再现，但其像素尺寸和空间分辨率的不足仍然对再现像的视角有很大的限制.如图2所示，若空间光调制器像素尺寸为p，透镜L1的焦距为f，再现光波长为λ，则再现像的可能范围大小da为[10](1)进而再现像的视角可以按图3所示进行定义，D为液晶空间光调制器的透射屏尺寸大小，则可观察到再现像全像的视角范围θ可定义为( 2 )考虑水平方向液晶空间光调制器的尺寸为D=18.432 mm，若采用焦距f=300 mm的透镜，再现光波长λ=600 mm，取d=da，则可估算视角θ约为1.28°，这对于人眼观察立体效果是不利的.采用3片液晶空间光调制器通过空间拼接的方式进行数字全息图的光电再现，空间分辨率相当于3 072×768，而此时D=18.432×3=55.296 mm,则视角θ可以达到4.79°，显然这比单屏再现时的视角增大了近3倍.图2 再现像大小示意图图3 再现像视角定义2 实验系统设计三屏空间拼接的光路原理如图4所示，激光经扩束准直后分3束垂直照射3个液晶空间光调制器，透射光经分束镜在空间精密拼接，拼接后的光束经透镜L1会聚，在焦面处得到全息再现像.实验中采用杭州三花科特光电有限公司生产的LE09X-02Fd3-b型液晶背投影光学引擎系统，其中的LCD是EPSON 0.9英寸L3D09H-41G00型TFT-LCD.性能参数如下：尺寸(18.432 mm×13.842 mm);像素大小(18 μm×18 μm);分辨率(1 024×768)；开口率(63%)；帧刷新频率(60 Hz);数据接口(VAG).图4 三屏拼接光路原理图液晶背投影光学引擎是液晶背投电视的核心器件，属于非相干光学信息处理系统，用于全息光电再现时必须进行改造.采用光学引擎系统的主要出发点是利用其与计算机的良好接口，能对计算机通过视频接口输出的彩色图像信号经RGB 3个通道，将三基色图像分别显示于3个LCD，这样在用于全息图的光电再现时，只要对全息图作一定的处理后符合RGB格式，则3幅1 024×768的子全息图数据信号即可以通过计算机视频接口和驱动电路经RGB 3个通道同时输出到LCD参与再现.比较背投影光学引擎的实际光路系统和图4所示的原理图可知，光学引擎的原有光路系统并不适合图4所示的原理图，因而本实验中将3片LCD从光学引擎中取下，重新固定后按图4所示搭建光路，3片LCD与原接口电路板信号接口相连.3 全息图阵列的计算和处理根据设计的实验系统以及菲涅耳全息原理，对动态三维物体每一个瞬间的静态场景计算得到3 072×768像素的数字全息图.如图5(a)所示，为了实现动态显示三维物体的效果，需计算得到每一瞬间静态场景的全息图并形成如图5(b)所示的全息图阵列.光学引擎系统在用于三屏空间拼接时，根据实验硬件系统的连接情况，需对计算得到的全息图阵列进行一定的处理.首先将全息图阵列中每一幅3 072×768的全息图分割成3幅1 024×768的子全息图，并根据硬件系统中RGB 3个LCD在空间的排列情况，把3幅子全息图按照图6所示的对应关系合成一幅1 024×768的RGB彩色图像.这样再现时当这幅处理后的图像输出时，经过拼接在空间展开还原成3 072×768的等效分辨率,提高了分辨率，增大了再现像视角，从而提高再现像的立体效果.图5 全息图阵列图6 全息图处理示意图4 实验结果及讨论在实验中，三维物体数据由三维面形测量仪扫描获取，由每一静态场景得到一组数据，对每组数据进行计算得到一幅3 072×768的全息图，按照图6所示对应关系用Matlab图像处理的方法得到RGB图像，形成全息图阵列.用Visual Basic 6.0编写了控制程序，控制程序可以控制计算机以一定频率输出RGB格式的全息图序列，且输出频率可调，输出最大频率为60 Hz.利用人眼视觉残留效应，可以观察到三维物体动态再现像.实验中再现光源采用半导体激光器，波长为635 nm，会聚透镜焦距为300 mm，实验所得再现立体像视角约为4.8°，输出频率初始设置为25 Hz.图7是程序运行中的一幅全息图，图8所示是实验结果，为动态显示中的某一静态再现像.图7 程序运行中的某一幅全息图图8 实验结果实验中同时也发现，由于受到液晶空间光调制器像素尺寸的限制，再现像的大小仍然有限，用三屏拼接的方法增大了全息再现像的视角范围，但其视角范围与用干板记录和再现的光学全息再现像相比仍有差距，有待于空间光调制器技术和性能的不断改进和提高.5 结论分析了液晶空间光调制器用于数字全息图光电再现时视角大小的决定因素.经理论分析和实验表明，用三屏拼接的方法可以有效地增大全息再现像的视角范围，增强立体显示效果；利用电寻址液晶空间光调制器的时间分辨率可以实现对三维物体的实时动态再现，这对推进全息立体显示向实用化方向发展有一定的意义.随着空间光调制器技术的不断发展和成熟，实时全息显示技术和全息电视也必将成为现实. 参考文献：[1]Gabor D.A New Microscope Principle[J].Nature,1948,161:777-778.[2]Kawai T.3D displays and applications[J].Displays,2002,23:49-56.[3]Lipton L.The future of autostereoscopic electronic displays[J].Prof of SPIE,1992,1669:156-162.[4]Lee W puter-generated Hologram:Techniques and Applications[J].Progress in Optics,1978,16:121-133.[5]Wang Hui,Li Yong,Jin Hongzhen,et al.Three-dimensional visualization of shape measurement data based on a computer generatedhologram[J].Journal of Optics A:Pure and Applied Optics,2003,5(9):195-199.[6]Son Y,Shestak S A,Epikhin V,et al.A Multi-Channel AOM for Real Time Electro-holography[J].Applied Optics,1999,38(14):3101-3104.[7]Choi H,Shestak S A,Kim S K,et al.Recent Improvement of Pulse Laser Electro-holographic System[J].SPIE Proc,2002,4659:76-82.[8]Sutkowski M,Kujawinska M.Application of liquid crystal(LC) devices for optoelectronic reconstruction of digitally stored holograms[J].Optics and Lasers in Engineering,2000,33:191-201.[9]Miniewicz A,Gniewek A,Parka J.Liquid crystals for photonic applications[J].Optic Materials,2002,21:605-610.[10]Hashimoto N,Hoshino K,Morokawa S.Improved Real-Time Holography System with LCDs[J].SPIE Proc,1992,1667:2-7.。
全息照相与信息光学实验报告
系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验名称】全息照相【目的要求】a)了解全息照相的基本原理。
b)学习全息照相的实验技术。
【仪器用具】简易隔震台, 氦氖激光器, 快门及定时曝光器, 阔属透镜,反射镜和分束器, 光电池和光电检流计, 全息底片, 被摄物体, 显微镜, 洗相设备。
【实验原理】全息照相原理是D.嘎波在1948年提出的。
60年代以后, 全息技术有了迅速和宽广的发展。
a)投射式全息照相所谓透视时全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。
i)全息记录如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来, 那就记录了底片所在位置物光波前的振幅和位相。
t(x,y) = t0−βI(x,y) = t0 - β(A R2 + A02 + 2A0A R cos(φ0−φR))ii)物光波前的重现用一束于参考光完全相同的平面波照在全息图上, 则在平面上全息图透射光的复振幅分布为:这样，系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________Ũt (x,y) = [t 0 − β(A R 2 + A 02)]A R exp[i 2πλsin α∙y] − βA R 2A 0exp(i φ0) − βA R 2A 0exp[−iφ]exp[i 2πλ2sin α∙y]透过全息图以后 平面上波前就可以分成3项, 第一项是一个衰减了的照明光, 第二项是+1级衍射, 它对应原来的物光, 第三项是物光的共轭波前。
这三项有一个角度分离, 因此我们可以分开他们。
【实验内容】a)透射式全息图的记录打开激光器, 设计安排光路, 光路满足要求:经透镜扩展后的参考光应均匀照在整个底片上, 被摄物体各部分也应得到较均匀照明； 物光和参考光的光程大致相同, 相差不要超过5cm ； 在底片处物光和参考光的光强比约为1:2到1:6.45°系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________关上照明灯（可以打开暗绿灯）。
物理光学实验及仿真智慧树知到课后章节答案2023年下浙江大学
物理光学实验及仿真智慧树知到课后章节答案2023年下浙江大学浙江大学第一章测试1.本MOOC课程的主要内容是物理光学实验和部分实验的虚拟仿真及分析。
（）A:对 B:错答案:对2.光是一种电磁波。
（）A:对 B:错答案:对3.任何物质都具有波动性。
（）A:错 B:对答案:对4.学习“物理光学”通常要关注的几个方面包括（）A:光的偏振B:光的空间频谱与空间分布C:光的界面效应：菲涅尔反射系数D:光波特性，光速（折射率）E:光的干涉和衍射答案:光的偏振;光的空间频谱与空间分布;光的界面效应：菲涅尔反射系数;光波特性，光速（折射率）;光的干涉和衍射5.迈克尔逊干涉光路也可用作光谱仪。
（）A:对 B:错答案:对6.拿起光学元件时，绝不允许触摸工作面/光学表面/镜面，而只能拿住磨砂毛面，最主要原因是（）A:光学表面会被指纹、汗液等污染甚至损坏B:光学表面容易被手指压碎C:光学表面很滑，不好拿D:光学表面可能损伤皮肤答案:光学表面会被指纹、汗液等污染甚至损坏7.下列哪一项不是激光的主要特性（）。
A:相干性好B:方向性好C:亮度较高D:光谱较宽答案:光谱较宽8.激光安全等级在哪一级或以上，使用时必须佩戴相应防护眼镜（）。
A:1级B:3级C:4级D:2级答案:3级9.下列哪些项，可能是“进行激光实验中光学元件不可手持而必须固定”的原因（）。
A:可实时调节元件位置B:防止手持不稳而摔坏元件C:防止手部抖动影响后续光路方向D:防止激光方向不可控，被反射照到其他同学答案:防止手持不稳而摔坏元件;防止手部抖动影响后续光路方向;防止激光方向不可控，被反射照到其他同学10.实验室若发生火灾，应切断总电源后，返回实验室抢救贵重仪器设备（）。
A:错 B:对答案:错第二章测试1.在F-P干涉仪测量低压钠灯波长差的实验中，低压钠灯的灯管与光阑面共轭；若在低压钠灯前面加入毛玻璃，那么光阑需要往哪个方向移动才能与低压钠灯再次共轭？（）A:不需要移动就能共轭B:沿光轴往远离低压钠灯的方向移动C:沿光轴往靠近低压钠灯的方向移动D:无法再次共轭答案:沿光轴往远离低压钠灯的方向移动2.在迈克尔逊实验中，出现或消失一个等倾圆环表示光程差变化：（）A:0.5个波长B:1.5个波长C:0.25个波长D:1个波长答案:1个波长3.在迈克尔逊干涉仪上观察白光干涉图案，程差从0逐渐增大，将出现：（）A:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、黄色、红色、紫色、红色……B:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、红色、紫色、黄色、红色……C:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、紫色、绿色、黄色、红色……D:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、红色、黄色、绿色、紫色……答案:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、黄色、红色、紫色、红色……4.请将单纵模激光器、氦氖激光器、荧光灯、白炽灯这4种光源的相干长度由短到长排列：（）A:白炽灯，荧光灯，氦氖激光器，单纵模激光器B:氦氖激光器，单纵模激光器、荧光灯，白炽灯C:荧光灯，白炽灯，单纵模激光器，氦氖激光器D:单纵模激光器，氦氖激光器，荧光灯，白炽灯答案:白炽灯，荧光灯，氦氖激光器，单纵模激光器5.在以下的4种仪器中，哪些仪器采用分振幅法干涉？（）A:平行平板横向剪切干涉仪B:泰曼-格林干涉仪C:斐索共路干涉仪D:迈克尔逊干涉仪答案:平行平板横向剪切干涉仪;泰曼-格林干涉仪;斐索共路干涉仪;迈克尔逊干涉仪6.以下哪些检测方法或现象是基于干涉的原理？（）A:光学车间靠样板检测透镜表面B:泡泡机吹出来的彩色肥皂泡C:雨过天晴后出现的彩虹D:雨天地上的彩色油膜答案:光学车间靠样板检测透镜表面;泡泡机吹出来的彩色肥皂泡;雨天地上的彩色油膜7.观看视频后可以得出结论，在干涉实验中所使用的干涉仪都采用了分振幅法来对光波进行分离。
光学全息实验报告
一、实验目的1. 了解光学全息的基本原理和实验方法。
2. 掌握光学全息实验的操作技能。
3. 通过实验观察全息图的记录和再现过程，加深对光学全息原理的理解。
二、实验原理光学全息是一种利用光的干涉和衍射原理记录和再现物体三维图像的技术。
全息照相的基本原理是将物体发出的光波与参考光束进行干涉，记录下物体的光波振幅和相位信息，从而形成全息图。
当全息图被适当的光照射时，可以再现物体的三维图像。
三、实验仪器1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 全息干板8. 显影液9. 定影液10. 暗房设备四、实验步骤1. 激光器发射的激光束经分束镜分成两束，一束作为参考光束，另一束作为物光束。
2. 物光束照射到被摄物体上，物体反射的光波与参考光束发生干涉，形成干涉条纹。
3. 干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。
4. 全息图经过显影和定影处理后，即可观察全息图的再现图像。
五、实验结果与分析1. 全息图的记录实验过程中，成功记录了被摄物体的全息图。
观察全息图，可以看到清晰的干涉条纹，表明实验过程顺利进行。
2. 全息图的再现在全息图上适当位置照射激光，可以观察到被摄物体的三维再现图像。
再现图像清晰、立体感强，与原物体相似。
3. 实验分析（1）全息图的记录：实验中，通过调整激光器、分束镜、反射镜等光学元件的位置，实现了参考光束和物光束的干涉。
干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。
（2）全息图的再现：在全息图上照射激光，参考光束与全息图上的干涉条纹发生干涉，形成再现光束。
再现光束与物光束具有相同的振幅和相位，从而再现被摄物体的三维图像。
六、实验总结1. 通过本次实验，成功掌握了光学全息的基本原理和实验方法。
2. 加深了对光学全息原理的理解，认识到全息技术在记录和再现三维图像方面的优势。
3. 提高了动手操作能力，为今后的科学研究奠定了基础。
七、实验展望光学全息技术在科学研究、工业生产、文化艺术等领域具有广泛的应用前景。