光全息摄影技术

光全息摄影技术的原理和应用
[摘要]光学全息技术在生活中应用越来越广泛，光全息照相可以形成三维立体图，可以形成永不变颜色的
彩色图片，只需要照片的一部分就可以得到全部图像，一次拍摄，可以得到两个图像，然而仍然存在很多
不足，要让它在未来更好的服务于我们，应用技术需要进一步提高。

本文从光学全息摄影的原理出发，探
讨光学全息技术的改进方向和发展前景。

[关键词]光学全息；波前记录；波前再现；光栅；衍射；菲涅尔原理；傅里叶光学
引言：通过大学物理学的学习，我们知道，一般情况下，当两束相干光的位相相同时，合成光源的振动（相应的光强）就增强，反之，光波的振动就减弱。

而光的位相是随位置变化的，因此，光波的振动增强和减弱也随位置而变化。

这样，在两束光的交叠处就产生强弱相间的干涉条纹。

条纹的分布情况反映了合成光波的位相在不同位置的变化情况。

因此，利用两束光的干涉所产生的干涉条纹可以有效地把位相的变化情况记录下来，全息摄影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉条纹的形式，即把光波的振幅和位相记录在感光材料上，也就是说，把物体的全部信息都记录下来，因而具有获得立体图像的许多优点。

1 基本原理全息术，也称为波阵面再现术。

整个过程由两步1.波阵面记录和波阵面再现2.来完成。

1.1波前记录利用干涉原理，用适当的光束作为相干参考波使它与由物体衍射（或散射）（物光）相干涉的光将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物
光波前的全部信息（物光的振幅和相位）
)],(exp[),(),()],
,(exp[),(),(y x j y x y x a y x j y x O y x o χαϕ-=-=()()())],(),(cos[),(),(2),(),(,,|),(||),(|,22y x y x y x y x O y x A y x O y x A y x y x A y x o x ϕχα-+=+O ++=I **
记录媒介质放在(x ，y )面内曝光，经过显影、定影后,就会把I (x ,y )以复振幅透过率 τ(x ,y )的形式记录下来。

在一定的条件下),(),(y x I y x ∞τ即
),,()],(cos[),(),(2|),(|),()]
,(),(),(),(|),([|),(),(),(2020y x y x y x y x ko y x o k y x y x A y x o y x A y x o y x o k y x y x kI y x ϕχατττ-++=+++=+**
式中),(0y x τ只和参考光的光强有关；第二项与物光的光强（或振幅）有关；第三项由参考光和物光的相位来决定。

这样全息图的复振幅透过率τ(x ， y )就是对物光振幅和位相的完全记录 。

1.2波阵再现 波阵面记录的结果是得到一张记有物光振幅和位相信息的全息图。

波阵面再现过程是利用适当的相干再现光),(y x B 照射全息图而得到物的实像或虚像。

当用光波照射全息图时，由于衍射原理能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像。

用相干再现光B (x ，y )照射全息图,则透过全息图的光),(y x μ为
4
3212),(),(),(),(),(),(),(|),(|),(),(),(u u u u y x B y x A y x ko y x B y x A y x ko y x B y x o k y x B y x y x u +++=+++=**τ
通常再现光),(y x B 选为),(y x A 或),(y x A *，当),(),(y x A y x B =时， ),(|),(|),(24y x o y x A k y x u =
即得到物的三维虚像。

),(|),(|),(24y x o y x A K y x u =
当B (x ，y )=A *(x ，y )时,同样适当选择A (x ,y )使|A (x ,y )|2在各处有均匀分布时，则μ
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（x ,y ）就代表物光的共轭光，得到物的三维实像。

而在这两种情况中的其他各项以均匀背景或畸变像出现。

在技术上可以想办法把它们消除或减少它们的影响。

1.3物像关系：由再现原始像（共轭像）的相位与再现照明光波、物光波和参考光波的相位关系)(a o c i φφϕϕ-±=
得像点座标
)()
()()()(o a c a o o a a o c a o c i o a c a o o a a o c a o c i o a c a o a o c i z z uz z z z y z y uz z z y y z z uz z z z x z x uz z z x x z z uz z z z z z z -±-±=-±-±=
-±=
2 全息摄影技术的改进：
根据全息摄影技术的原理，对全息照相做如下改进：(1) 全息照相是由物光和参考光的干涉进行波前记录的，所以要求光源必须具有很好的相干性。

用He-Ne 激光器做参考光光源，这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性，可获得良好的全息图。

(2)再现像离全息图越近，对再现照明光源大小的要求越低。

应尽量使再现像与全息图靠近。

（3）由于全息底片上记录的是干涉条纹，又细又密的干涉条纹，所以在照相过程中极小的干扰都会造成很大的影响。

比如，拍摄过程中若底片位移一个微米，则条纹就分辨不清，为此，要求全息照相设备具有良好的稳定性。

可以将全息照相设备装上防震缓冲装置，和强化固定装置。

另外，气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。

因此，在曝光时应该禁止大声喧哗，不能随意走动，保证整个实验室绝对安静。

(4)由光的时间相干性可知要当两路光程很小时使物光和参考光发生显著的干涉效应，条纹对比度、稳定性较好.光程差越小在无明显震动条件下的条纹最大晃动量更小，条纹飘移量越小，受到较强震动后的恢复时间越短。

所以，两光的光程差应尽量小，最多不能超过2cm;两束光之间的夹角要在30～60°之间，最好在45°左右，因为夹角小，干涉条纹就稀，这样对系统的稳定性和感光材料分辨率的要求较低;两束光的光强比要适当，一般要求在1∶1～1∶10之间都可以。

(5) 因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹，所以需要高分辨率的感光材料。

再现虚像要求相干区域比较宽, 跟我们拍摄时物到接收屏的距离有关, 物到接收屏的距离越远, 发散角越宽, 要求再现光源相干区域越宽。

3 全息摄影的应用前景：
一、把一些珍贵的文物用全息技术拍摄下来，展出时可以真实地三维再现文物，供参观者欣赏，而妥善保管原物，防止失窃。

二、模压全息标识由于它的三维层次感，并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的防伪标记，可以用于在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钱币上制作防伪标识出现。

三、可以作成各种薄膜型光学元件，如各种透镜、光栅、滤波器等，可在空间重叠，十分紧凑、轻巧，适合于宇宙飞行使用。

四、由于全息照相则能给出目标的立体形象，它对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用可用于防空领域。

五、可以用于拍摄全息电影和全息电视
4 结论
全息照相就是利用干涉把景物散射光波以干涉条纹的形式，即把光波的振幅与位相记录在感光材料上，也就是说，把物体的全部信息都记录下来，因而具有获得立体图像的优点。

全息照相可用于水下的军事行动，也可用于医疗透视以及工业无损检测测等，在更多领域必将有越来越广泛的应用。

参考文献
[1]赵凯华.光学〔Ｍ〕.北京大学出版社.1999.9.
[2]张三慧.波动与光学〔Ｍ〕.清华大学出版社.2001.1.
[3]王雅黎,沃敏政.《全息术》.中国大百科.1980.4.
Optical holography technology principle and application
Liu Peng
(Grade2010,class04,Major Physics, Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,Shaanxi)
Tuter ：Wang LuYun
Abstract： Optical holography technology in the life applied more and more widely, the light hologram can form 3 d graphic model, can form will never change of color pictures, need only part of the picture can be all images, a film, can get two images, however there are still many deficiencies, let it in the future better service to us, there is a need to further improve application technology. In this paper the principle of optical holography, discusses optical holography technology improvement direction and prospects for development.
key words： optical holography, wave front records, wavefront reconstruction。