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1、全息照相的基本原理 王楠 PB04203137 內(nèi)容 提要 全息技術(shù)的應(yīng)用 全息照相的拍攝原理 全息照相概述 全息照相的觀察原理 全息照相的特點(diǎn) 全息 照相 概述 全息照相原理是 1948年 Dennis Gabor 為 了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)而提出的。 “全息”是指物體發(fā)出的光波的全部信息： 既包括振幅或強(qiáng)度，也包括相位。 照相技術(shù)是利用了光能引起感光乳膠發(fā)生 化學(xué)變化的原理，變化的強(qiáng)度隨入射光強(qiáng) 的增大而增大。普通照相使用透鏡成像原 理，底片上化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度直接由物體各 處的明暗決定，即由入射光波的強(qiáng)度決定。 而全息照相不但記錄了入射光波的強(qiáng)度， 也記錄了入射光波的相位。 所謂全息照片

2、就是一種記錄被攝物體反射 （或透射）光波中全部信息的先進(jìn)照相技 術(shù)。全息照片不用一般的照相機(jī)，而要用 一臺(tái)激光器。激光束用分光鏡一分為二， 其中一束照到被拍攝的景物上。另一束直 接照到感光膠片即全息干板上。當(dāng)光束被 物體反射后，其反射光束也照射在膠片 上，就完成了全息照相的攝制過程 全息 照相 的拍 攝原 理 拍攝全息照片的 基本光路大致如 圖。 一激光光源（波 長(zhǎng)為 ）的光 分成兩部分：直 接照射到底片上 的叫參考光；另 一部分經(jīng)物體表 面散射的光也照 射到照相底片， 稱為物光。參考 光和物光在底片 上各處相遇時(shí)將 發(fā)生干涉，底片 記錄的即是各干 涉條紋疊加后的 圖像。 全息 照相 的拍 攝

3、原 理 關(guān)于強(qiáng)度：顯然 參考光各處的強(qiáng) 度是一樣的，但 由于物體表面的 反射率不同，所 以物光的強(qiáng)度各 處不同。因此， 參考光和物光疊 加干涉時(shí)形成的 干涉條紋各處濃 淡也就不同。 關(guān)于相位。如圖。 設(shè) O為物體上某 一發(fā)光點(diǎn) 全息 照相 的拍 攝原 理 設(shè)參考光在 a處 的波動(dòng)方程為 : )c o s ( 0 tAy 2/)2( 2 2/)12( )12( /2 )/2c o s ( : )c o s ( 01 01 10 1 11 kr k kr k r rtAy a tAy O 處為明條紋，解得 處為暗條紋，解得 由干涉知： ：參考光與物光的相位差 。 點(diǎn)處的波動(dòng)方程為物光在 點(diǎn)處的波動(dòng)

4、方程為：物光在 全息 照相 的拍 攝原 理 s i n/ s i n . x x d d 設(shè) a、 b為相鄰的兩暗紋 ,由干涉知： a 、 b兩處的物光與參考光必須都反相 .因 為 a b兩處的參考光相同 ,所以其物光 的波程差為 .由幾何關(guān)系知 : 由此可知 : 當(dāng) 不同時(shí) ,物光與參考 光形成的干涉條紋的間距也不 同 ,而 的大小又可以反映出物光光波的相位 .; 再根據(jù)條紋的方向即可確定出物體的 前后 ,上下 ,左右的位置 . 全息 照相 的觀 察原 理 觀察全息照片的光路 圖如下： 全息 照相 的觀 察原 理 全息照片不同于普通照片 ,其底片不顯示 物體的形象 ,而是干涉條紋疊加后的圖像

5、。 沖洗時(shí)只是改變了不同部分的透光性。 觀察時(shí) ,需利用與拍照時(shí)同頻率的光的衍 射原理。仍考慮相鄰的兩條紋 a和 b,此時(shí) 二者為兩透光縫。由惠更斯 -菲涅耳原理 知 :處于同一波陣面上的 a、 b可以當(dāng)成 子波波源 ,其強(qiáng)度皆為激光光源的強(qiáng)度。 沿原來從物體上 O點(diǎn)發(fā)來的物光的方向 的兩束衍射光 ,由幾何知識(shí)知其光程差恰 為 。由發(fā)光點(diǎn) O在底片上各處造成的透 光縫透過的光形成的衍射條紋會(huì)使人眼 感到原來的 O點(diǎn)處有一發(fā)光點(diǎn) O。所有 發(fā)光點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的衍射條紋會(huì)使人眼看到 一個(gè)處于原來位置的完整的立體虛像。 全息 照相 的特 點(diǎn) 1.全息照片衍射形成 的立體虛像是一個(gè)真 正立體的 ,當(dāng)人眼換一

6、 個(gè)位置時(shí) ,便可以看到 物體的側(cè)面像 ,即物體 上原來被擋住的部分 也可以看到。 2.即使是全息照片的 一塊殘片 ,也可以看到 整個(gè)物體的立體象 .因 為拍攝照片時(shí) ,物體上 的點(diǎn)發(fā)出的物光在整 個(gè)底片上處處與參考 光發(fā)生干涉 ,也就是說 , 在底片上處處都有某 一點(diǎn)的記錄。 3.在用光照射底片時(shí) , 在與原來物光對(duì)稱方 向的兩束光 ,其光程差 也為 ,光線匯聚將會(huì) 在 O” 處形成一實(shí)像。 全息 技術(shù) 的應(yīng) 用 在全息照相的基礎(chǔ)上，全息技術(shù)還擴(kuò)展到 紅外、微波、超聲領(lǐng)域，進(jìn)一步發(fā)展形成 了全息干涉術(shù)、彩色全息、及彩虹全息和 周視全息等新的全息技術(shù)。由于全息照相 具有三維成像的特點(diǎn)，可重復(fù)記錄，而且， 每一小塊全息底片都能再現(xiàn)物體的完整， 其用途十分廣泛?？蓮V泛用于精密干涉計(jì) 量、無損探傷、全息光彈性、微應(yīng)變分析 和振動(dòng)分析等科學(xué)研究。利用全息干涉術(shù) 研究燃?xì)馊紵倪^程、機(jī)械件的振動(dòng)模式、 蜂窩板結(jié)構(gòu)的粘結(jié)質(zhì)量和汽車輪胎皮下缺 陷檢查等已得到廣泛應(yīng)用。全息照相用作 商品和信用卡的防偽標(biāo)記已形成產(chǎn)業(yè)，正 在發(fā)展的全息電視還將為人類帶來一場(chǎng)新 的視覺革命。 參考書目 ：楊維纮 力學(xué) 、張三慧 波動(dòng)與光學(xué)