彩虹全息
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。
全息原版制作的原理与工艺
全息原版制作的原理与工艺彩虹全息概述从商品包装的角度考虑，包装防伪标识不仅应该具有较强的防伪功能，而且更重要的是当在包装上使用了防伪标识后，标识不仅不破坏原来包装图案的整体协调感和装潢效果，而且应该增强原包装的装潢促销功能。
目前常用的全息防伪标识主要采用彩虹全息图。
所以本书重点介绍彩虹全息图的制作工艺。
彩虹全息是用激光记录的全息图，用白光再现单色或彩色像的一种全息技术，从再现像与原物色彩之间的异同，彩虹全息又可分为假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息两类。
彩色彩虹全息的基本特点是在记录系统中适当位置加入一个狭缝，其作用为限制了再现光波,以降低图像的色模糊，从而实现白光再现单色或彩色像。
彩虹全息首先由本顿受到全息图的碎片能再现物体完整像的启发，在1969年以二步记录全息（二步彩虹全息）的方式提出的。
二步彩虹全息先记录一张离轴菲涅耳全息图（称主全息或掩膜），如图1（a）所示。
用记录主全息时的逆参考方向的共轭光照明主全息图，使其再现孪生实像，靠近主全息放一个宽为a的水平狭缝S，以限制衍射光束即以狭光束构成孪生实像，如图1（b）所示。
这样记录的全息图即为二步彩虹全息。
用再现白光照明这彩虹全息时，物体和狭缝的再现像将激光记录时，再现像束中红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色波长光的再现像和狭缝像处在不同的位置，这样，在不同波长狭缝像的位置即看到不同颜色的像，这就是能用白光照明全息图再现单色像的原因。
如果人眼沿z轴移动，使几种颜色的光进入眼睛，就会观察到像的颜色像雨后天空中的彩虹一样，这就是彩虹全息命名的由来。
因为本顿提出的二步彩虹全息要记录二次全息图，手续较繁，易产生噪声，且不能对再现像的颜色的观察方位作设定。
所以，后来发展了一步彩虹全息、加场镜的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、无狭缝彩虹、无透镜彩虹、条形散射屏综合狭缝彩虹、编码二步彩虹和零光程差彩虹全息等多种彩虹全息技术。
考虑到商品包装对防伪标识应具备能用专色表示品牌特色的功能，能通过景特色彩的设计，景特纵深感强、装潢效果好和色彩鲜艳多变引人注目等要求，本书仅介绍具有色彩编码功能的彩虹全息的制作工艺。
激光彩虹全息与像面全息
（3）激光周视彩虹全息摄影
•圆筒形周视彩虹全息—用光纤 照明物体，全息软片成圆筒形 •平板形周视彩虹全息—记录介 质为平面形
白光显示周视全成彩虹全息
周视全息图
2 激光像平面全息摄影
• 如图所示，用一个凸透镜使物成像在全 息干版上，同时配合参考光，制成像平 面全息图之后，即可用白光照明观察再 现的像。
模压全息图的制作可分为三个阶段：
• 记录彩虹全息图； • 将全息图上条纹形状转移到金属模上，
制成镍压模； • 将压模上的条纹形状印到透明塑料上。
这种技术可大量复制，大约可印一百 万次以上。现已形成全息印刷产业。
上面展现的花朵颜色的变化依靠对曝光时间以及密度变化的 控制。其中两种最初的曝光颜色分别是黄色和蓝色。varying colors dependent on exposure time and density of development. The two original exposure colors, yellow and blue, additively mix into a variety of colors
Stephen Benton - Pioneer of modern holography
• 彩虹全息图是一种可用白光显示的面全息 图，与丹尼苏克(Denisyuk)的反射全息图相 比，除了能在普通白炽灯下观察到明亮的 立体像外，还具有全息图处理工艺简单、 易于复制等优点。
• 彩虹全息图是透射全息图
（1）两步法彩虹全息图摄影
• 第一步 拍摄全息图 H1
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
第一步 制作菲涅耳全息图 H1
激光
记录
R1 为
傅里叶光学chap9-2
第九章 图像的全息显示 概念 回放
第4节 彩色全息术
反射全息图的再现
白光
仅当 λ=λ0 时 满足 布喇格条件
H
蓝 绿 红 色 像
8
第九章 图像的全息显示
第4节 彩色全息术
3、反射体积彩色全息
BS
记录
M SL
H H上记录了几套全息图（干涉条纹）？ 上记录了几套全息图（干涉条纹）？ 上记录了几套全息图 三套： Hr、Hg、Hb 三套： 、 、 需要几种波长的光源 ？ 干板上记录的条纹本身有无颜色？ 干板上记录的条纹本身有无颜色？ 红 绿 蓝 无颜色，是黑白相间的条纹 无颜色， 需要哪几种激光器 ？ 条纹密度： 条纹密度： f r < f g < f b He Ne Ar+
15
第九章 图像的全息显示
第4节 彩色全息术
4、彩色彩虹全息
记录步骤 第一步：制作分色灰度片 第一步： 第二步：记录菲涅耳全息图 第二步： 第三步：记录彩虹全息图 第三步：
16
第九章 图像的全息显示
第4节 彩色全息术
4、彩色彩虹全息 第一步： 第一步：制作分色灰度片
记录
利用普通照相法对彩色图像分色， 利用普通照相法对彩色图像分色，制作三张黑白胶片
30
使它们的空间频率有差别 白光照明时 在同一方向上 出现不同波长的衍射光 出现不同波长的衍射光 不同波长
第九章 图像的全息显示 第5节 全息图的复制
复习
2.全息图的模压复制
——多狭缝彩虹全息术 多狭缝彩虹全息术 第二步： 第二步：记录菲涅耳全息图
4
第九章 图像的全息显示
第4节 彩色全息术
1、一般原理：制作三原色全息图对激光器的要求 、一般原理：
做彩虹现象实验报告(3篇)
第1篇实验名称：彩虹现象实验实验日期：2023年X月X日实验地点：XX实验室实验指导教师：XXX实验参与人员：XXX一、实验目的1. 了解彩虹的形成原理和条件。
2. 观察和记录彩虹现象，分析其特征。
3. 通过实验验证光的折射、反射和色散现象。
二、实验原理彩虹是由太阳光通过大气中的水滴折射、反射和色散而形成的自然现象。
当太阳光照射到水滴上时，光线会发生折射，进入水滴内部。
在水滴内部，光线会反射多次，并随着水滴的旋转不断改变方向。
由于不同颜色的光具有不同的波长，因此在折射和反射过程中会发生色散现象，形成七彩的光带。
三、实验器材1. 水族箱或大口瓶2. 水枪或喷水壶3. 水滴收集器4. 激光笔5. 纸板6. 摄像头7. 记录本8. 笔四、实验步骤1. 将水族箱或大口瓶装满清水，并放置在阳光下。
2. 使用水枪或喷水壶向空中喷水，形成水雾。
3. 观察水雾中是否出现彩虹现象。
4. 使用激光笔照射水雾，观察是否出现彩虹现象。
5. 记录实验现象，并拍摄相关照片或视频。
6. 分析实验结果，总结彩虹形成的原因。
五、实验现象1. 在阳光照射下，向空中喷水形成水雾时，水雾中出现了彩虹现象。
2. 使用激光笔照射水雾时，水雾中出现了类似彩虹的光带。
六、实验结果分析1. 实验结果表明，在阳光照射下，水滴会发生折射、反射和色散现象，从而形成彩虹。
2. 激光笔照射水雾时，由于激光具有单色性，因此在水雾中形成的光带颜色更为明显，类似于彩虹。
七、实验结论1. 彩虹现象是由太阳光通过大气中的水滴折射、反射和色散而形成的。
2. 光的折射、反射和色散现象是彩虹形成的主要原因。
3. 实验验证了光的色散现象，并揭示了彩虹的形成原理。
八、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察水雾中彩虹的形成和变化。
2. 使用激光笔照射水雾时，注意安全，避免激光直射眼睛。
3. 实验结束后，清理实验器材，保持实验室整洁。
九、实验心得体会通过本次实验，我对彩虹现象有了更深入的了解，掌握了光的折射、反射和色散原理。
彩虹全息图
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。
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
基于数字微镜单光路的准彩虹全息图像研究
ｂ ｒｏ ｐ ｃｒ ｍ ｏｎｓ ｗ ｕ ｄ ｂ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｂ ｃ ｏ ａ ｌｎ ｆｔ ｅ Ｆ ｕ ｉｒｔ ｎ ｆｒ ｌ ｎ ．Ｉ ｈ ｉ ｒ ｃ ｉｎ ｓ ｒ ａ ｆｔ ｅ ｅ ｓ ｅ — ｅ ｆｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｉ ｔ ｏ ｌ ｅ ｆｒ ｄ ｉ ｈ ａ ｋ ｆｃ ｌｐａ ｅ ｏ ｏ ｒ ａ ｓ ｍ ｅ ｓ ｎ ｔｅ ｄｆ ａ ｔ ｐ ｅ ｄ ｏ ｈ ｓ ｐ ｃ ｈ ｅ ｒ ｏ ｆ ｏ ｔ ｍ ｏ ｎ ｓｆ ｍ ｈ ａ ｋ ｆｃ ｌ ｌｎ ｈ ｍａ ｉ ｇ ｐａ ｅ，ｔｅ ｅ ｓ ｅ ｔ ｍ ｐ ｉ ｔ ａ ｅ ｅ ｐ ｎ ｉｇ ｃ ｎｉ ｕ ｕ ｌ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｉ ｔ ｓ ｐ ｒ ｏ ｅ ｒ ｕ ｐ ｉ ｔ ｒ ｔ ｅ ｂ ｃ ａ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｉ ｇ ｎ ｌｎ ｏ ｏ ｐ ｏ ｈ ｓ ｐ ｃｒ ｏｎ ｓ ｒ ｘ ａ ｄ ｎ ｏ ｔ ｏ ｓｙ ｈ ｓ ｏ ｎｓ ｕ ｅｐ ｓ ｕ ｎ
ｃ ｍｐ ｅｅｙ ｉ ｈ ｍａ ｉｇ ｐｌｎ ｘ ｅ ｔｔ ｅ ｚ ｒ ｅ ｅ ｐｅ ｔ ｍ ｉ ｓ Ｉ ｔ ｒｅ ｅ ｃ ｒｎ ｅ ａ ｅ ｂ ｅ ｂ ｅ ｖ ｄ． Ａｓ ａ ｒ ｓ ｌ，ｗｅ ｃ ｎ ｏ ｌ ｔｌ ｎ ｔ ｅ ｉ ｇｎ ａ ｅ ｅ ｃ ｐ ｈ ｅｏ ｌ ｖ ｌｓ ｃｒ ｕ ｐｏｎｔ． ｎ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆｉ ｇ ｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｏ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｕｔ ａ ｎａ ｃ ｔ ｅ ａ ｐｒｘ ｍａｅ ｒ ｉ ｏ ｈ ｌｇ ａ ｗｉｈ ｕｔｓｉ ａ ｄ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｂ ａ ，ｂ ｓ ｆｔｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｆｄ ｇｔｌｍ ｉｒ —ｍｉ ｒ Ｉ ｈｉ ｌｋ ｈ ｐ ｏ ｉ ｔ ａｎｂ ｗ ｏｏ ｒｍ ｔｏ ｌ ｎ ｅｅ ｅ ｃ ｅ ｍ ｔ ｙ ｕ ｅ ｏ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｔｃ ｏ ｉ ｉ ｃ ｏ ｉ ａ ｎｏ ． ｎ ｔ ｓ
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Rainbow Hologram 彩虹全息图
全息图通过一狭缝记录，在观察再现像时，仿佛也是通 过狭缝去看。 如果再现波长不同于记录波长，由于引入了放大效应， 再现出的波就显得好像是来自一个位移了的缝。
如果用白光再现，再现出的波好像是通过许多位移了 的缝看到的物体，每个缝的像有不同的波长（颜色）。
R2* (单色光）
再现
H2
S’
在观察再现时，仿佛也是通过狭缝去看。
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用白光再现（共轭光） R2* (白光)
H2
红 黄绿 蓝 紫
彩 虹 像
再现
狭缝像
一步彩虹全息图
1978年杨振寰等人发明了一步彩虹全息摄 影技术。彩虹全息图实质上也是一种像面 全息图。不同的是拍摄一步彩虹全息图时 在物和干版之间加一个狭缝，并且透镜成 的实像可以离开干版一段距离，所以再现 立体效果比像面全息图要强一些。可使狭 缝紧靠透镜，取铅直方位。缝宽没有严格 限制，可在０.５～８ｍｍ之间选择。
世界上最难伪造的钞票
• 面额：20英镑 国家：英国 最新版20英镑面值的钞票有一个显著的全息条。 一旦将钞票倾斜，全息条上的图像能在英镑标志 和数字"20"之间来回转换。
彩虹全息图
白光显示周视全成彩虹全息
演全 唱息 会投
影 打 造 的
初 音 未 来
——
一步彩虹全息图拍摄光路
两步法和一步法彩虹全息比较
• 二步法优点： 记录全息图的观察范围比较大，采取合适
的记录光路有较大的能量利用率 缺点：二步记录制作过程比较烦琐， 全息图的噪声较大
• 一步法优点：噪声小，制作步骤简单 缺点：观察范围受成像透镜相对口径限
制，制作大体积物体需成本高昂的高质量大口 径透镜
色模糊
像点位置随波长变化率为
z z0 x z0
y 0
这种波长变化引起的像的变化称为像模糊
消除像模糊—像面全息
若z0 0 ，像全息的色模糊很小，即
使用 很大的白光照明，也能得到
比较清晰的重构像
彩虹全息摄影的发明
1969年本顿(Benton)发明了二步彩虹全息术， 掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高 潮。
总的结果是通过许多平行狭缝看到的彩虹像。每个缝 显示的物体在缝的方向有视差，但在与缝正交的方向 没有视差。
两步法彩虹全息图摄影
第一步 拍摄全息图 H1 第二步 制作彩虹全息图 H2
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
第一步
制作菲涅耳全息图 H1
记录
激光
R1 为
R1
平行参考光
H1
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
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
记录
H2
S
R1*
O’
R2
H1
再现
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用单色光再现（共轭光）
激光全息图的复制
• 彩虹全息的模压复制是1979年RCA公司为解决 视频标准件的全息考贝而提出的，以后在美国、 日本、英国得到迅速发展。1981年日本举办了首 届模压全息图展览。模压全息图的制作可分为三 个阶段：首先记录彩虹全息图；然后将全息图上 条纹形状转移到金属模上，制成镍压模；最后将 压模上的条纹形状印到透明塑料上。这种技术可 大量复制，大约可印一百万次以上。现已形成全 息印刷产业。我国在1985年有生产模压全息的厂 家，到1994年已有250余家，居世界首位。
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。