物理与光电工程学院

光电信息技术实验报告

姓名：张皓景

学号：20111359069

班级：光信息科学与技术专业20##级2班

实验名称：全息照相实验

任课教师：裴世鑫

一、  实验目的

1．了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。

2．学习全息照相的拍摄方法和实验技术。

3．了解全息照相再现物像的性质、观察方法。

二、  实验仪器

三、  实验装置示意图

图1 全息照相光路

四、  实验原理

全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光照明，利用干涉原理，把物体在感光材料（全息干版）处的光波波前纪录下来，称为全息图。第二步利用衍射原理，按一定条件用光照射全息图，原先被纪录的物体光波的波前，就会重新激活出来在全息图后继续传播，就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体，而是与原物完全相同的一个三维像。

   1．全息照相的纪录——光的干涉

由光的波动理论知道，光波是电磁波。一列单色波可表示为：

                       （1）

式中，A 为振幅，ω 为圆频率，λ 为波长，φ 为波源的初相位。

一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加：

                    （2）

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实验32 激光全息照相

物理科学与工程技术学院   光信息科学与技术  学号10329051 陈海域

与材料物理 陈嘉平 合作完成

实验时间：20##/4/12  20##/4/19

地点：基础物理实验室激光全息照相实验室1号桌

【实验目的】

1．学习全息照相的基本原理和方法

2．了解全息照相的主要特点

3．学习观察全息照片的方法

【实验仪器】

全息照相的整套装置(PHYWE)，如图1所示:

【全息照相的特点】

全息照相与普通照相无论在原理上还是方法上都有本质上的差别。普通照相是以几何光学的折射定律为基础，利用透镜把物体成像在平面上，记录各点的光强或振幅分布，物象之间各点一一对应，但却是二维平面像上的点与三维物体各点之间的对应，因此并不完全逼真，即使一般所谓的“立体照相”也多是利用双目视差的错觉，而不是物体的真正三维图像。而全息照相是以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，借助于参考光波记录物光波的振幅与位相的全部信息，在记录介质（如感光干版）上得到的不是物体的像，而只有在高倍显微镜下才能观察得到的细密干涉条纹，称之为全息图。（在感光版上看见的同心环，斑纹之类不是原来物体的真正信号，而是由给出参考光的发射镜上的灰尘微粒及其它散射物引起的。）条纹的明暗程度和图样反映了物光波的振幅与位相分布，好像是一个复杂的衍射光栅，只有经过适当的再照明才能重    

与普通照片相比，全息照片还具有如下几个特点：

1）全息照片在适当的照明下重建物光波与原来的物光波具有相同的深度和视差。改变观察的位置，就可以看到景物被遮拦的物体，观察近距离的物体，眼睛必须重新调焦。

2）把全息照片分成小块，其中每一小块都可以再现整个图像。因为照片上每一点都受到参考光和被摄物体所有部分的光的作用，所以这些点就用编码的形式包含了整个图像的信息。但是当小块逐渐减小时，分辨率逐渐变差。这是因为分辨率是成像系统孔径的函数。

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                           全息照相实验报告

班级：XXX      姓名：XXX     学号：XXX     时间：XXX

【实验目的】

1.了解全息照相的基本原理。

2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。

3.观察物象再现。

【实验仪器】

防震光学平台、氦氖激光器、曝光定时器及快门、扩束透镜（两个）、分束器、反射镜（两个）、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。

【实验原理】

全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波（即物体上各点发出的光波的叠加），借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相（周相）分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。

1.全息记录

全息照相的光路图如下图所示：

  

用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为

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全息照相实验

【目的要求】

1．  了解全息照相记录和再现的基本原理；

2．  掌握漫反射全息照片的摄制方法及加深对全息照片特点的理解。

【仪器用具】

JQX－1型激光全息实验台，He-Ne激光器，分束镜（50％）一个，扩束镜（40倍）两个，全反射镜两个，被摄物体（如：小瓷猪，小瓷马等）及放置物体的底座，全息干版及底架，暗室技术使用的设备。

【原    理】

普通照相底片上所记录的图象只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，也就是只记录了物光的振幅信息，于是，在照相纸上显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。

    全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。

（一）、全息照相与全息照相术

在介绍全息照相的基本原理之前，首先看一下全息照相和普通照相有什么区别。总的来说，全息照相和普通照相的原理完全不同。普通照相通常是通过照相机物镜成像，在感光底片平面上将物体发出的或它散射的光波（通常称为物光）的强度分布（即振幅分布）记录下来，由于底片上的感光物质只对光的强度有响应，对相位分布不起作用，所以在照相过程中把光波的位相分布这个重要的信息丢失了。因而，在所得到的照片中，物体的三维特征消失，不再存在视差，改变观察角度时，并不能看到像的不同侧面。

图1 波前干涉实物光路图

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西安交通大学高级物理实验报告

课程名称：高级物理实验       实验名称：光全息照相系列实验   第 1 页 共 6页

系    别：                                              实验日期：20##年12月9日

姓名：                          班级：                                        学号：

实验名称：光全息照相系列实验

一、    实验目的：

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激光全息照相

摘要：全息的意义在于记录光波的全部信息。自从20世纪60年代激光出现以来，全息照相得到了全面的发展和广泛的应用。本文简述了全息照相的实验原理及实验技巧，并给出了其应用前景。

关键词：激光全息照相，原理，技巧，应用

引言

光是一种电磁波，它的全部信息包含：振幅(反映物体上各点发出的光的强弱，决定像的强度)，位相(反映物体上各点在空间的相对位置，决定像的形状)和频率(反映光的颜色)。普通照相只记录了振幅，得到的是二维平面像，而全息照相在记录振幅信息的同时还记录了位相信息，即记录了光波的全部信息。因而这种照相称为全息照相。全息照相得到的是三维空间的立体像，它所依据的基本原理通常概括为“干涉记录，衍射再现”。全息摄影技术的应用十分广泛，目前，已应用于精密测量、无损探伤、指纹识别、高速摄影、全息显微术、信息处理和信息储存等许多领域。

1.全息照相术的起源

早在19xx年．全息照相的奥秘由Denis Gabor所发现．它通过光的衍射使图象由平面变为立体．因而获得诺贝尔物理奖．19xx年．美国加里福尼亚物理学家Steve Mc Grew开发了从玻璃版转移到镍薄片上的操作方法。使得全息图能够以高速而低成本地压印在塑料薄膜上成为可能．八十年代中，Steve Mc Grew遇到了英国John Brown．他们合伙在英国建立了欧洲光压印公司(Light Impressions Europe)。该公司在发展浮雕式全息照相工业起到了先锋作用．例如礼品业、时装业都采用了该公司的全息图标贴，作为市场促销的工具．19xx年．该公司的乙烯基压敏胶全息图获得了促进应用全息图的Fasson奖．

2.实验原理及技巧

物体上各点发出的光（或反射的光）是电磁波，借助于它的频率、振幅和相位的不同，人们可以区分物体的颜色、明暗、形状和远近等。普通照相是通过透镜把物体成像在感光底片上，记录了物体的表面光强（光振动振幅的平方）的分布，所以记录的只是光信号的强度，得到的只是物体的一个平面相。所谓“全息照相”就是把物体上发出的光信号的全部信息—-振幅和相位记录下来，并能完全再现被摄物光波的全部信息，从而再现物体的立体图像。全息照相分为两个部分：用干涉法记录光波全息图，称波前纪录；用全息图把原光波波前再现，称波前再现。

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实验

光学全息照相

光学全息照相是利用光波的干涉现象，以干涉条纹的形式，把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来，它是记录光波全部信息的一种有效手段。这种物理思想早在1948年伽柏（D.Gabor）即就已提出来了，但直到1960年，随着激光器的出现，获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛，另外还相应出现了微波全息，X光全息和超声全息等新技术，全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。

本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像，了解全息照相的基本原理及特点，学习拍摄方法和操作技术，为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。

实验目的

了解光学全息照相的基本原理和主要特点；

学习静态光学全息照相的实验技术；

观察和分析全息全图的成像特性。

仪器用具

全息台、He—Ne激光器及电源、分束镜、全反射镜、扩束透镜、曝光定时器、全息感光底版等。

基本原理

全息照片的拍摄

全息照相是利用光的干涉原理将光波的振幅和相位信息同时记录在感光板上的过程.相干光波可以是平面波也可以是球面波，现以平面波为例说明全息照片拍摄的原理。如图1所示，一列波函数为、振幅为a、频率为υ、波长为λ的平面单色光波作为参考光垂直入射到感光板上。另一列同频率、波函数为的相干平面单色光波从物体出发，称为物光，以入射角θ同时入射到感光板上，物光与参考光产生干涉，在感光板上形成的光强分布为

(1)

由此可见，在感光板上形成了明暗相间的干涉条纹。条纹的间距为

(2）

可见，在感光底板上的光强分布和干涉条纹间距都受光波的振幅和相位所调制。

在实际情况中，物光是来自于物体上的漫反射光，其波阵面很复杂，因此，感光底板上的干涉条纹并不是等间距的平行条纹，而是呈现出非常复杂的干涉图样，只是在极小的范围内可近似看作等间距的平行条纹。

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