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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激光全息照相

实验者：马志洪  ，合作者：王宇炜

（中山大学理工学院，光信息科学与技术专业 20## 级 3班，学号 08323067）

2010 年 04月 12日

【实验目的】

一、       学习全息照相的基本原理和方法。

二、       了解全息照相的主要特点。

三、       学习观察全息照片的方法。

【仪器设备】

      全息照相的整套装置（PHYWE）。

【全息照相的特点】

      一、全息照相与普通照相无论在原理还是方法上都有本质的区别。

（一）、普通照相是以几何光学为基础，利用透镜把物体成像于平面上记录各点的光强或振幅的分布，二维平面像上的点与三维物体各点之间的对应，所以不是完全逼真的。

（二）、全息照相是与光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，借助于参考光波记录物体波的振幅与相位的全部信息，在记录介质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，称为全息图。

二、与普通照相相比，全息照相还具有如下特点：

（一）、全息照相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。

（二）、把全息照片分成小块，其中每一块都可以再现整个图像。

（三）、全息照片可以用接触法复制，且无正负片之分，无论是原来还是复制的都再现被摄物体的正像。

（四）、全息照片绕垂直轴线转，引起一个倒转的像，让全息照片绕水平轴线旋转，也产生一个倒转的像，但让全息照片绕一个垂直与全息图平面的轴线转，则不引起像的倒转。

（五）、在同一张底片上用连续曝光方法可以重叠几个影像，而每一张影像又不受其他影像的干扰而单独显现。

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全息照相实验报告

精11班 尚恩垚

学号：2011010494

双一晚E组

【目的要求】

1．  了解全息照相的基本原理；

2．  学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图；

【仪器用具】

光学平台，650nm半导体激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜。

【原理】

全息照相的基本原理是D.伽柏在1948年提出的，伽柏并因此在1971年获得诺贝尔物理学奖。20世纪60年代以后，由于激光的发现以及N.利思等发明了离轴全息图，使全息照相技术有了迅速而广泛的发展。

       全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信息，这是全息照相名称的由来。但是，感光乳胶和一切光敏元件都是“相位盲”，不能直接记录相位。必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光的干涉条纹，间接记录下物光的振幅和相位。直接观察拍好的全息图，看不到像。只有照明光按一定方向照在全息图上，通过全息图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立体像。故全息照相包括波前的全息记录和重现两部分内容。

       下面分别讨论透射式和反射式全息照相原理。

一．             透射式全息照相

所谓透射式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。这里将重点讨论以平行光作为参考光，对物光和参考光夹角较小的平面全息图的记录及再现过程。最后再简单介绍球面波作参考光的全息照相以及体积全息照相。

1.       全息记录

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班 级__信工C班___   组 别______D______

姓 名____李铃______   学 号_1111000048_

日 期___2013.3.6___   指导教师___张波____

【实验题目】_________全息照相                                    

【实验目的】

        1.了解全息摄影的基本原理、实验装置以及实验方法；

        2.掌握激光全息摄影和激光再现的实验技术；

        3.通过观察全息图像的再现，弄清全息照片和普通照片的本质区别

                        

【实验仪器】

    防震全息台，氦—氖激光器，扩束透镜，分束棱镜（或分束板），反射镜，毛玻璃屏，调节支架，米尺，计时器，照相冲洗设备等。

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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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信 息 光 学 实 验

实验报告

填写实验报告的要求

1.  实验前要认真预习实验内容，理解实验的原理。

2.  实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写实验报告。

3.  在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。

4.  对实验原理深入理解，认真回答课后思考题。

5.  要求书写整洁，字体端正。

实验1  像面全息图

第一部分：预习

(一)              实验目的  

1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图，为彩虹全息实验打下基础；

2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处；

3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响

(二)              实验光路

La－激光器 BS－分束镜 M1、M2－全反镜 L-成像透镜 Lo1、Lo2－扩束镜 H－全息片

(三)              实验原理

    将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。像面全息图的记录光路如图所示。激光器发出的激光束经反射镜M₁折转后被分束镜分成两束，透过的光束经反射镜射M₂反射后被扩束镜扩束并照明物体，物体被成象透镜成像在全息干板上构成物光；M₃反射的一束光被扩束镜扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。

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实验二  像面全息图的制作

一、实验目的

1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图。

2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处。

3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响。

二、实验原理

像面全息图或称聚焦像全息图。将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。

根据菲涅耳点源全息图理论，再现光源宽度的影响:

                                （2-1）

式（2-1）中，为再现象在x方向的展宽，为再现光源在x方向的宽度，分别为再现象、再现光源与全息图之间的距离；而再现光源光谱宽度的影响: 

                          （2-2）

式（2-2）中，为再现光源光谱宽度，为拍摄全息图时激光的波长，分别为物体和参考光源与全息图平面在x方向的距离，分别为物体和参考光源与全息图平面在Z方向的距离，当, 此时, 可克服上述二种影响，因此 可用白光再现。

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