7.3_各种全息图及其应用2
全息成像技术的原理与应用
全息成像技术的原理与应用全息成像技术作为一种新兴的成像技术，近年来越来越得到人们的关注。
它能够以非常高的精度将三维物体的信息记录下来，并在一定的条件下实现立体显示。
本文将介绍全息成像技术的原理与应用，希望读者们能够更加深入地了解全息成像技术。
一、全息成像技术的原理全息成像技术的原理是利用激光干涉的原理将物体的各个部分的光信号化为一光束，并将该光束记录在一块介质上，形成全息图像。
我们可以将其分为两个步骤：1.记录光的干涉激光在物体表面反射或透射后, 穿过一个参考光束，会形成干涉光，即物光和参考光干涉产生的光。
接下来，记录这个干涉光的光场属性。
如果我们要记录干涉光的光场，我们需要用到光干涉法，即利用相干光的干涉现象记录物体光的相位和振幅分布。
2.再现光的干涉记录完毕后，我们需要一个光源来激发记录在介质上的干涉光电荷密度分布。
这个光源一般称之为再现光(Reconstructing beam)。
当发生绕射的时候，相干光发生干涉可以在一个特定的方向上形成立体三维图像。
此时，我们可以通过在制备出的全息凸面镜前方注入光源的光束查看这个全息图像。
光经过光束时，会上下左右弯曲并在投影时形成三维影像。
二、全息成像技术的应用1.三维成像全息成像技术可以记录一个三维物体的光场分布，因此，它可以很好的用于三维成像。
全息成像技术大大提高了三维成像的精度和清晰度，让人们更容易地了解和观察三维物体。
2.光学加密全息成像技术也可以用来进行光学加密。
这是通过在一个介质上记录光学干涉模式和使用另一个参考光束来读出模式。
当光源和光路给定时，任何人都无法获得数据。
3.光学计算全息成像技术可以模拟数字光学系统，这意味着它可以用于光学计算相关问题。
我国自主研制出了光学计算机, 在国防、财务、科学研究等领域都有应用。
4.全息显示由于能够记录并再现三维映像，全息成像技术被广泛应用于全息显示领域。
全息显示为观众提供了更加逼真和立体的观感，可以被用于广告、游戏、教育等方面。
全息技术第二辑全息图分类
• 2. 按全息图的结构与观察方式分类，可分 为透射全息图与反射全息图
– 透射全息图(Transmission hologram)是指拍摄时 物光与参考光从全息底片的同一侧射来；而反 射全息图(Reflection hologram)是指在拍摄时物 光与参考光分别从全息图两侧射来。当被照明 重现时，对透射全息图，观察者与照明光源分 别在全息图的两侧；而对反射全息图，观察者 与照明光源则在同一侧。透射全息图，其优点 是影像三维效果好、景深大、幅面宽，形象极 其逼真，因而这种全息图可用于工程现场拍摄 大型结构，在科教方面，可制作三维挂图。
– 所谓平面全息图指二维全息图，只需考虑xOy 平面上的振幅透过率分布，而无需考虑乳胶的 厚度。
• 7.按制作方法分类，可分为光学记录全息图 和计算机制作全息图两类。近期还发展有 电子束直写、离子束刻蚀和激光直写等方 法
以上几类实际上又是相互穿插、相互渗透的。详 细讨论各类全息图的记录方法，可参考有关专著。 [如：于美文，光全息学及其应用，北京，北京理 工大学出版社，1996]
• 3. 按全息图的复振幅透过率分类，可分为振幅型全 息图和相位全息图
– 振幅型全息图(Amplitude hologram)是指乳胶介质经感光 处理后，其吸收率(Absorbance)被干涉场所调制，干涉 条纹以浓淡相间的黑白条纹被记录在全息干板上；重 现时，黑色部分吸收光而造成损失，未被吸收的部分 衍射成像，故这种全息图又称为吸收型全息图 (Absorbance hologram)。 – 相位型全息图(Phase hologram)又分为折射率型和表面 浮雕型两种，前者是以乳胶折射率被调制的形式记录 下干涉图形的，重现时，光经过折射率变化的乳胶而 产生相位差；后者则是使记录介质的厚度随曝光量改 变，折射率不变。照明光通过位相全息图时，仅仅其 相位被调制，无显著吸收，故一般得到的重现像较为 明亮。
全息成像技术的原理及应用
全息成像技术的原理及应用现在，我们正在享受着科技带来的许多便利和创新，其中一种就是全息成像技术。
随着科技的发展，这项技术已经被广泛应用于各个领域，比如航空航天、医学、安全检查以及艺术等等。
在这篇文章中，我们将会深入了解该技术的原理和应用，感受到科技的强大魅力。
一、原理首先，我们需要了解全息成像技术的原理，这样才能更好地理解其应用。
全息成像，顾名思义，是一种用来记录并显示物体三维图像的技术。
与常规的照片或视频不同，全息成像能够记录物体的全部信息，并以三维图像的形式展现出来。
那么，全息成像是如何实现的呢？它的基本原理是利用光的干涉和衍射现象进行图像记录。
将物体放在激光束的传播路径上，物体会将激光分散成不同的光线，并形成一个光束的交叉点。
这个交叉点就是所谓的全息图，包含了物体的全部信息。
然后，可以用另一束光照射这个全息图，让三维图像呈现在人们面前。
二、应用现在，我们再来看看全息成像技术的应用。
首先，它可以应用在艺术领域。
全息成像技术能够记录三维艺术品，为艺术爱好者增添了更多的收藏品种。
此外，在电影和游戏中，全息成像技术也得到了广泛的应用，增强了观众享受电影和游戏时的三维感受。
其次，在医学领域，全息成像技术也拥有广阔的应用前景。
常规的X光只能呈现平面图像，无法真实展现三维结构。
而全息成像技术能够呈现出人体的真实三维结构，并能够在手术操作中提供非常有用的信息，这将大大提高手术的成功率和安全性。
此外，全息成像技术还可以在安全检查中应用。
全息成像技术能够较为真实地呈现物品的三维结构，因此在行李和包裹的检查中，能够提供更加准确的信息，减少误检、漏检的情况。
总结在科技飞速发展的时代里，全息成像技术无疑是人类科技创新中的一项重要成果。
无论是在艺术上还是在医学和安全检查等领域，它都发挥出巨大的作用。
通过本文的介绍，相信读者对该项技术已经有了更深入的了解，也更加看好全息成像技术的未来。
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全息掌骨疗法
1.头穴：主治头、眼、耳、口、鼻、牙等病症。 2.颈穴：主治颈、甲状腺、咽喉、气管、食道等病症。 3.上肢穴：主治肩、上肢（肘、手、腕）等病症。 4.心肺穴：主治心、肺、胸、乳腺、背部等病症。 5.肝穴：主治肝胆病症。 6.胃穴：主治胃、脾、胰等病症。 7.十二指肠穴：主治十二指肠、结肠部病症。 8.肾穴：主治肾、大肠、小肠等病症。 9.腰穴：主治腰、脐周、大肠、小肠部病症。 10.下腹穴：主治下腹、子宫、卵巢、睾丸、膀胱、直肠、 阴道、尿道、腰骶部等病症。 11.腿穴：主治腿、膝部病症。 12.足穴：主治足、踝部病症。
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五、修复脏腑排毒反应：希波克拉底：“人体的体液、血液必须调和才能无
病，痰、汗、尿、大便、脓血，这些分泌物排出体外，身体才能调和”。 如：咳嗽，是因为人体肺泡膜已充满了许多黏液和分泌物，将其排除体外，人 体才可健康。 腹泻，是排出腹内垃圾和脂肪的方法。在平常腹泻两三次，就觉得浑身泛力； 可是使用唤新妍后，人体自动激发的调理，一天四五次，反而感觉舒服，不觉 乏力。 便秘，自愈力恢复后，一段时间内会有排黑色便的现象，这是长期积存在肠内 的宿便被清除的好现象。 肿瘤，自愈力修复后，必将使肿瘤坏死的组织稀释成为血水排出体外，就会出 现吐血、便血、尿血的现象。
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下肢痉挛， 安神。胃痛
岔气，清热 胃胀，子宫
除湿，化瘀 下垂，痢疾
止血，
肠鸣，
起于童子髎， 阳陵泉（合 穴）止于足 窍阴（井穴） 疾病；胁肋 疼痛，疏肝 行气，口苦， 呕吐半身不 遂，脚气黄 疸。
7.3各种全息图及其应用
1)、透射型体积全息图
记录：
O
O’
再现：
R
观察
C=R
有何特点 ？？？
透射型体积全息图特点：
记录 物光和参考光在全息干板同侧 再现 照明光与观察者在全息图两侧
干涉条纹趋向： 垂直于全息图表面 敏感点 对角度特别敏感
可实现多重像的存储： 记录时对不同目标物采用不同角度入射的参考光，白 光再现时改变照明光的入射角度，得到多重像的再现。
1） 全息干涉计量
✓全息干涉计量是全息应用的一个重要领域； ✓物体信息包含在物光波前中，由于全息术可以记录并再现
出物光波前，这使得我们有可能用一个标准波前与一个变形 物体产生的波前相比较，从而实现干涉测量。
✓全息干涉可以测量透明或不透明的物体，甚至三维的漫反
射表面，还可以由表面的变化检测物体内部的缺陷，实现材 料无损检验。
体全息存储
数据写入
数据读取
彩色全息
记录和再现彩色三维物体全息像的全息图！
✓三原色扩束激光和从物体反射 的三原色光在同一张全息干板上 记录下三张全息图，分别由红、 绿、蓝三个波长干涉而成。
✓彩色全息图用白光再现时，可 再现出三种颜色的全息像，在反 射光方向观察者可观察到真彩色 的全息像。
含有三原色的 扩束激光
➢相位全息图(Phase Hologram)
定义：衍射效应起因于位相调制， 而不是振幅调制
透过率函数表达式：
t A0 exp[ j ( x, y)]
振幅 是一个常数
位相 是空间分布函数
全息图的位相变化正比于曝光光强：
(x, y) ∝ I ( x , y )
分析物光波和参考光波都是平面波的形式，干涉后产生 基元光栅的情况为例，考察相位全息图的性质。 干涉光强度分布为： I( x) r02 o02 2r0o0 cos(2 fx) 全息图的位相变化正比于曝光强度：
全息显示技术研究及其应用分析
全息显示技术研究及其应用分析全息显示技术作为一项新兴的显示技术，是一种利用光学原理来制作出可以形成三维立体感的显示效果的技术。
全息显示技术已经被广泛应用于各个领域，如医学、建筑、工业等，甚至还有一部分人认为这项技术可以在未来的虚拟现实行业得到广泛应用。
本文将从以下几个方面对全息显示技术的研究及其应用进行分析。
一、全息显示技术的研究1.光学原理全息显示技术的核心就是光学原理，因此研究光学原理是了解全息显示技术的先决条件。
在这里，我们采用传统的光学原理，即光是由波粒二象性的电磁波组成的。
从物理学的角度来看，全息图是一种描述光波干涉现象的工具。
全息图是通过光的干涉来捕捉所要显示的图像信息。
因此，光学原理是全息显示技术的基础。
2.全息术全息术是一种利用光的传播、干涉、绕射等光学原理制作出全息图的技术。
全息术的基本原理是利用光的干涉，将被显示的物体折射出的光束交叉干涉后记录在一块平面透明介质上，把这块介质放回原位，使光束以与原来投影物相同的角度照射到介质，观察到的图像和原来实体的感觉相同。
全息术通常分为反射式全息术和透射式全息术两种类型。
反射式全息术是一种能够捕捉物体从多个角度反射出的光线，从而记录下物体的详细信息的技术；透射式全息术是利用物体在光束的穿过物体时发生的折射、反射、干涉等现象，记录下压缩成一系列干涉条纹的物体的信息。
二、全息显示技术的应用1.医学全息显示技术在医学上的应用主要集中在心血管疾病、神经科学和急诊处理等领域。
通过利用全息显示技术，医学业务人员可以看到心血管系统和神经系统的三维模型，从而更好地理解和诊断疾病。
此外，全息显示技术还可以用于虚拟手术、技术教育等方面。
2.建筑在建筑领域，全息显示技术主要用于建筑设计和房屋模型的制作。
通过利用全息显示技术，建筑师和设计师可以看到全息图的三维模型，从而更好地理解并确定建筑方案。
此外，全息显示技术还可以用于制作家具、摆件等装饰品，为人们提供更好的生活品质。
18各种全息图及衍射效率
傅里叶变换全息图透射率
经线性处理后，得到全息图透射率
2 2
t H f x ,f y | O f x ,f y | Ro 2 Ro cos2 f x xo b
f y yo
两个特点
一是它所记录的确是物的频谱 二是全息图的条纹结构有序，呈多族余弦光栅按一定规律线 性重叠而成
U H F O F RO f x , f y R f x , f y
O ( x o , y o ) exp [ - j 2 ( f x xo f y yo ) ] d x o d yo Ro exp [ j 2 f x b ]
其中O表示O 的傅里叶变换，R表示R 的傅里叶变换， 曝光光强为 I（fx，fy）= （O + R ）· + R ）* （O =| O（fx，fy）|2 + Ro2 + Ro O（fx，fy）exp [- j 2π fx b] + Ro O* (fx，fy）exp [ j 2π fx b]
位相全息图
一般说来，全息图的透射率函数是一个复数，通常表示为 tH（x，y）= t0（x，y）· exp[ jφH（x，y）] 当φH= 常数时，tH = t0，全息图变成单纯的振幅全息图。
当t0= 常数时，全息图变为位相全息图
这种全息图对光是透明的，由于其内部折射率或厚度分布不均， 当光波从全息图通过时，其位相被调制，从而使记录在上面的物 信息得以恢复 由于位相全息图的衍射效率一般比较高，在全息术中占有相当重 要的地位。
位相全息图透过率的展开
利用尤拉公式再利用贝塞尔展开式展开exp[ j a cosθ]，
全息图原理
全息图原理全息图是一种记录和再现光波干涉图样的技术，它可以记录并再现物体的全息图像，其原理是利用光的波动特性和干涉现象。
全息图是一种具有立体感的图像，它可以在不同角度观看时呈现出不同的视角和深度感，因此在各种领域有着广泛的应用，如全息照相、全息显微镜、全息显示等。
全息图的原理主要包括记录全息图和再现全息图两个方面。
首先是记录全息图的过程，它需要经过以下步骤，首先，利用激光器产生一束单色、相干的激光光源；然后，将激光光束分为两部分，一部分作为物体光线，照射到被记录的物体上，而另一部分作为参考光线，直接照射到记录介质上；接着，物体光线经过反射、散射后，与参考光线相遇，形成干涉图样；最后，将这种干涉图样记录在记录介质上，形成全息图的记录。
再现全息图的过程则是将记录介质放置在适当的光源下，使得记录介质上的全息图像再现出来。
当再现光线照射到记录介质上时，记录介质会根据之前记录的干涉图样，再现出物体原本的光波场分布，从而形成全息图像。
而观察者则可以通过观察记录介质上的全息图像，来感受到物体原本的光场信息，从而获得立体感的视觉效果。
全息图的原理在物理学和光学领域有着重要的应用价值。
首先，全息图可以记录物体的全部光信息，包括振幅和相位信息，因此可以实现非常高分辨率的图像记录，对于一些微小结构或者透明物体的成像有着独特的优势。
其次，全息图可以实现真实的立体再现，观察者可以从不同角度观察全息图像，获得真实物体的深度信息，这对于立体成像和虚拟现实技术有着重要的意义。
此外，全息图还可以实现光场的复原和重建，对于一些光学信息处理和图像处理有着广泛的应用。
总的来说，全息图的原理是基于光的波动特性和干涉现象，利用激光的相干性和干涉效应，记录并再现物体的全息图像。
全息图具有高分辨率、真实立体和光场复原等特点，因此在各种领域有着广泛的应用前景。
随着光学技术的不断发展和完善，相信全息图技术将会在未来发挥更加重要的作用，为人类带来更多的科学发现和技术创新。
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达到最大范围的变化幅度。
此时，用振幅为C0的平面波作为再现光波，则在透射光场中，正或负一级
C 衍射光强度为 0 ，若全息图面积为S，则 4
C0 S 1 4 2 6.25% 16 C0 S
2
二. 相位全息图的衍射效率
* 正弦型
振幅透过率
全息图的位相变化正比于曝光强度：
2 ( x) r02 o0 2r0o0 cos(2 fx) 0 1 cos(2 fx)
2 2 r o 其中 0 0 0 ,1 2r0o0 。
略去常数，位相全息图的复振幅透过率表达式：
t ( x) exp j1 cos(2 fx)
再现
用白光再现（共轭光） R2* (白光)
再现
红黄 绿蓝 紫
H2
彩 虹 像
狭缝像
一步彩虹全息
（1978年
陈选、杨振寰）
记录
激光 O S R
S’
z
L
O’
H
再现
采用 原光路 再现
R (白光 ) ) R (白光
再现
红黄 绿蓝 紫
H
彩 虹 像
O’
彩虹全息
一步彩虹全息 和 二步彩虹全息 的比较：
会出现色模糊，于是达到了白光再现的目的。
彩虹全息
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 如： 条形散斑屏法 移动法
零光程差法
像散彩虹全息法
与计算机技术相结合的更先进的方法等
x
x
一、振幅全息图的衍射效率
t x
* 正弦型 振幅透过率
1
t0 1 2
0
x
1 t x t0 t1 cos 2fx t0 t1 exp j 2fx exp j 2fx 2
平均透射率 调制幅度 则 tx
1 1 t , t 1 理想情况下， 0 2 2
U t ( 0) C0 J1 1
j 2fx Ut ( 1) C0 J 1 1 exp j 2fx C0 jJ1 1 exp j 2fx Ut ( 1) C0 jJ 1 1 exp
当用原参考光波进行再现时，正、负一级衍射分别再 现原始物光波及其共轭光波。
三维空间干涉曲面
再现机理：
仅当满足
布喇格条件 时， 再现
才能得到成功的
体积全息图的记录
采用较厚的记录材料记录空间的三维干涉条纹，形成体全息。 相干光场的复振幅分布
U ( x, z) Oo exp[ j 2 ( xo zo )] ro exp[ j 2 ( xr zr )]
此式即为布喇格条件。
d
与峰值强度面公式比较，可知： q0 或 ( q0 )
结 论
用原参考光或其共轭光照明体全息图，分 别再现出原始物光波或其共轭光波。
体积全息图用白光再现
布喇格条件保证了体积全息图的波长选择性；
尽管记录过程必须用单色光完成，再现却可以用白光
实现；
当全息图引入的相位延迟为常量时：
j0 t ( x, y) t0 ( x, y) exp
振幅全息图(Amplitude Hologram)
相位全息图(Phase Hologram)
定义：衍射效应起因于位相调制，
而不是振幅调制
透过率函数表达式：
t A0 exp[ j ( x, y )]
调制方式 衍射效率
0．063
0．339
0．101
0．404
全息图类型
体 积 透 射 型
余弦振幅 余弦位相
体 积 反 射 型
余弦振幅 余弦位相
调制方式
衍射效率
0．037
1．000
0．072
1．000
全息术的主要应用：
全息显示 全息干涉计量 全息光学元件 全息显微术 全息信息存储 全息防伪 其他
再现
照明光与观察者在全息图同侧
平行于全息图表面
干涉条纹趋向
敏感点
对波长特别敏感
“蓝移”现象：再现单色像的波长通常并不与
0 相同
原因是全息图在化学处理过程中发生了乳胶收缩。
体全息存储
数据写入
数据读取
彩色全息
记录和再现彩色三维物体全息像的全息图！
三原色扩束激光和从物体反射 的三原色光在同一张全息干板上 记录下三张全息图，分别由红、 绿、蓝三个波长干涉而成。
原光路再现
白光光源 白光光源
H
合成全息
播放
白 光
H
合成全息
说明
视差的产生是由于双眼从不同的条形全息图得到
不同的视角。
第一步记录黑白底片时应注意保持拍摄角度的一 致性，尤其对大场景。否则会出现再现像的“颠 簸”。
第二步全息合成时，狭缝宽度应精确计算，与观 察距离、双眼视角匹配，否则，像会发生畸变。 突出优点是白光记录、激光合成、白光再现，可
应用领域十分广泛
记录
2、二步彩虹全息
第一步
制作菲涅耳全息图 H1
第二步
制作彩虹全息图 H2
第一步
制作菲涅耳全息图 H1 激光
记录
R1 为 平行参考光
R1
H1
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 O’ H2
记录
S
R1*
R2
H1
再现
用单色光再现（共轭光） R2* (单色光） H2 S’
彩色全息图用白光再现时，可 再现出三种颜色的全息像，在反 射光方向观察者可观察到真彩色 的全息像。 彩色全息记录示意图
含有三原色的 扩束激光
平面全息图的复振幅透过率一般是复函数：
j ( x, y) t ( x, y) t0 ( x, y) exp
t0 ( x, y)为振幅透射因子， j ( x, y)为相位延迟因子。 exp
彩虹全息图
彩虹全息图
动态合成全息术
是多种技术相结合的一门
综合技术
体 视 全 息 术
白 光 反 射 全 息 术
彩 虹 全 息 术
合 成 全 息 术
数 字 全 息 术
合成全息
第一步
记录
非相干光记录(二维图片的记录)
合成全息
第二步 O（黑白胶片）
相干光记录
R
H
L1
柱 透 镜
L2
H
CL L3
S
合成全息
t x t 0 exp j x exp j1 cos 2 fx
常数，忽略介质的吸收，则
t0 1
n n j J n 1 exp j 2nfx
根据贝塞尔函数定义：exp j1 cos2fx
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。 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。
白光中只有一个很窄的光谱成分能够满足布喇格条件, 得到有效的衍射，不会产生其它颜色的干扰。
体全息图可用于大容量全息存储：可以用很小的角度（或波 长）间隔存储多重图像而不发生像串扰。
1)、透射型体积全息图 记录：
O
再现：
O’
R C=R
观察
有何特点 ？？？
透射型体积全息图特点： 记录 物光和参考光在全息干板同侧
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，但再现像色彩与原物体 色彩无关，而仅与再现照明光包含波长组分有关。 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。
彩虹全息
再现
照明光与观察者在全息图两侧
干涉条纹趋向： 垂直于全息图表面
敏感点
对角度特别敏感
可实现多重像的存储：
记录时对不同目标物采用不同角度入射的参考光，白 光再现时改变照明光的入射角度，得到多重像的再现。
2)、反射型体积全息图
记录：
R
O
再现：
H C=R O’ 观察 H
有何特点 ？？？
反射型体积全息图特点： 记录 物光和参考光在全息干板两侧
全息图的衍射效率
定义 衍射效率：
衍射成像光通量 照明光的总光通量
(此公式适用于平面全息图)
衍射效率越高，表明成像光波光能量越大，全息再现 像越明亮。
影响全息图衍射效率的因素：
1、调制方式的影响：
相位型高于振幅型
2、槽型的影响（透过率函数的类型）：
正弦型低于矩形型
tH ( x, y) t0 ( x, y ) exp[ j ( x, y )]
几种不同类型的 全息图
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。
移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再
令qr 2 q0 ，则峰值强 考虑最简单的情况， 度面方程变为： 2 x sinq0 m