全息照相的物理原理及实际应用作者:钱卓明 学号:090603135 专业:自动化 摘要:(1)研究目的:了解全息技术的发展历史和实际应用,了解全系照相的 特点和基本原理,掌握拍摄全息照相的技术和全息相片的再现技术。(2)方法: 通过搭设实验光路进行实验来了解该技术。(3)结论:全息照相是利用干涉的方 法来记录物体抵达摄影底片时的光波的振幅与相位的全部信息,最终可以得到原 物体的立体像。而今全息照相的原理在生活中各方面都有广泛的应用。 关键词:光,干涉,反射,相位。 Principle holographicAbstract: holographictechnology practicalapplications, understanding wholesystem basicprinciples photography,master holographic recording techniques holographicphoto reproduction techniques. experimentaloptical experiments holographicinterference method recordphotographic film when objectarrived lightwaves all information,can originalthree-dimensional objects. Now holographic principle allaspects life,have wide applications. Key words: light, interference, reflection, phase. 引言全息照相是大学物理里一个重要的光学实验,它利用干涉方法记录物体抵达摄影 底片时的光波的振幅与相位的全部信息,最终呈现出一个原物体的立体像。这是 门成熟且有着重大应用前景的学科,必将对物理学的发展产生重要的意义。现在 全息照相的技术已经得到了广泛的应用,在生活中该技术可以用来信息储存,图 像识别,从物体表面的研究到振动分析等等,还广泛渗透到军事以及农业生产的 各个领域对我们的日常生活有着重要的影响。 全系照相的基本原理2.1 全息照相的记录原理 激光器射出的激光束通过分束镜分成两束,一束光经扩束镜扩束后直接投射 到感光底片上,这束光称为参考光,另一束经反射镜反射及扩束镜扩束后射到被 摄物体上,再经物体反射到感光片上,这束光称为物光。由于激光是相干光,物 光和参考光又都由同一激光器发出,所以在照相底板上迭加的结果会形成干涉条 纹,条纹的疏密和形状反映了物光束的相位,条纹的强度反映了物光束的振幅。 感光底板经显影、定影最后是一块结构复杂的光栅,它记录下物光束的全部信息, 称为全息相片,如图所示: 2.2 全息照相的再现原理 利用衍射原理进行物体的重现,由于全息照片记录的是两相干光相互干涉的 结果,因此,与原来的被摄物体毫无相似之处。然而当把全息图放回原处,用相 干参考光照明全息图时,全息图宛如一块复杂的光栅将发生衍射。在这些衍射光 波中包含着原来的物光波,观察者迎着物光波方向即可观察到一个逼真的立体感 很强的物体再现像,这是一个物光波前再现亦即成像的过程。不过,如果再现光 束和原来的参考光束同向,得到的物像是虚像。如果用原相干光反向照射全息图, 则得到的物像是实像。如果不用激光而用白光去照射,由于白光是由多种波长的 光混合而成的,全系照片上的干涉条纹,就要同时对各种波长的光发生衍射。因而,全系照片上会出现很多重叠错位的像,使人无法看清。当然,如果我们在全 息图的拍摄过程中采用诸如彩虹全息和反射式傅立叶变换全息等记录技术,则可 获得白光照明再现原物像的白光全息。 2.3 全息照相的基本条件 (1):相干性好的光源 (2):合理的光路图 (3):高分辨率的感光片 (4):良好的防震装置 2.4 全息照相的特点 (1):全息照片上显示出来的景象是立体的,可看到景物的各个侧面。 (2):常规照相只是记录了被摄物体表面光线强弱的变化,即只记录了光的振幅;而全息照相则记录了光波的全部信息,除振幅外,还记录了光波的相位。 (3):利用全息照片对特定波长单色照明光的衍射,把原空间景象显现出来。全 息照相可将一个“冻结”了的景物重新“复活”后显现在人们眼前。 全息照相的应用全息照相是一种不用普通光学成象系统的录象方法,是六十年代发展起来的 一种立体摄影和波阵面再现的新技术。由于全息照相能够把物体表面发出的全部 信息(即光波的振幅和相位)记录下来,并能完全再现被摄物体光波的全部信息, 因此,全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用。例如:全息电影 和全息电视,全息储存、全息显示及全息防伪商标等。 除光学全息外,还发展 了红外、微波和超声全息技术,这些全息技术在军事侦察和监视上有重要意义。 我们知道,一般的雷达只能探测到目标方位、距离等,而全息照相则能给出目标 的立体形象,这对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用。因此,备受人们的重视。 但是由于可见光在大气或水中传播时衰减很快,在不良的气候下甚至于无法进行 工作。为克服这个困难发展出红外、微波及超声全息技术,即用相干的红外光、 微波及超声波拍摄全息照片,然后用可见光再现物象,这种全息技术与普通全息 技术的原理相同。技术的关键是寻找灵敏记录的介质及合适的再现方法。超声全 息照相能再现潜伏于水下物体的三维图样,因此可用来进行水下侦察和监视。由 于对可见光不透明的物体,往往对超声波透明,因此超声全息可用于水下的军事 行动,也可用于医疗透视以及工业无损检测测等。 参考文献: 邓开明、潘国顺 《大学物理 上册》.北京.机械工业出版社.2005年2月.P167-P171 姚安居、吴庆州 《大学物理实验》 中国矿业大学出版社