全息照相及其应用.doc

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全息照相及其应用

全息照相是既能记录光波振幅的信息，又能记录光波相位信息的摄影。关于全息照相的理论早在1947年就由英国科学家伽波提出来。但直到亮度高、颜色纯、相干性好的激光问世后，才真正拍摄出全息照相。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。
一．摘要：
当两束相干光的相位相同，合成光源的振动就增强，反之就减弱。光的位相是随位置变化的，因此，光波的振动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相位的变化记录下来。
二．原理：
根据惠更斯-菲涅耳原理。全息照相是以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，借助于参考光记录光波的振幅与位相的全部信息，在记录介质上得到的不是物体的像，而是只有在高倍显微镜下才能观察得到的细密条纹。
（一）、波前的全息记录
利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。
图1漫反射全息光路图

O+R
*
*
*
I=(O+R)(O+R)=OO+RR+OR+O*R=Io+IR+OR+O*R(1)
用单色的激光光源照射物体，物体因漫反射而发出物光波，波场每一点的振幅和相位都是空间坐标的函数，用



O
x
y,z
e
i
x
y,,z
0
0
,
,

表示物光波每一点的复振幅，物光波的全部信息包括相位和振幅两个方面，但是所有的记录介质都只对光强有响应，所以必须把位相的信息转换成强度的变化才能记录下来，常用的转换法是干涉法。因此，为了记录物光波在照相底板上每一点振幅与位相的全部信息，我们用同一激光光源的另一部分直接照射到底板上。这个光波称为参考光，它的振幅和位相也是空间坐标的函数，其振幅用



R
x
y,z
e
i
x
y,z
r
o
,
,

表示，参考光束通常是球面波或平面波。这样在记录底板上总光场是二者的叠加，复振幅为,从而底板上各点的光强分布o
*
*
为：

*
式中O*与R*分别为O与R的共轭量，Io=OO*，IR=RR*分别为物光波与参考光波独立照射到底板上时的光强，在底板上不同位置的变化比较缓慢，在全息记录中不起主要作用，而（OR+O*R）为干涉项，，干涉项产生的明暗以
（ψo-ψr）为变量按余弦规律变化的干涉条纹并被感光底板记录下来的。不增加任何波动信息,只有底片上的明暗条纹(此时的明暗条纹不是简单的等间隔平行直线或一系列同心圆,而是相当复杂的,见前面图示)才代表了合成光场的光强分布。至此,全息照相的记录过程就完成了。
（二）、全息再现
波前再现的理论依据是衍射原理，照明光波（再现光）经过全息图衍射后出现一个复杂的光波场。
图2全息照相的记录及再现过程
班级09（4）姓名司习习学号09223303

投射光的复振幅
入射光的复振幅
制成的全息图上透明区域允许光通过的成分多一些，阴暗区域允许光通过的成分少一些，具体的振幅透过率（即透射光的振幅与照相光的振幅之比）t=
（则t为一般复数）由曝光量E决定的。
物光波前的再现利用了光波的衍射，如图3所示。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。

图3物光波的再现
特点
1．片上的花纹与被摄物体无任何相似之处，在相干光束的照射下，物体图像却能如实重现。
2．立体感很明显（三维再现性），如某些隐藏在物体背后的东西，只要把头偏移一下，也可以看到。视差效应很明显。
3．全息图打碎后，只要任取一小片，照样可以用来重现物光波。犹如通过小窗口观察物体那样，仍能看到物体的全貌。这是因为全息图上的每一个小的局部都完整地记录了整个物体的信息（每个物点发出的球面光波都照亮整个感光底片，并与参考光波在整个底片上发生干涉，因而整个底片上都留下了这个物点的信息）。当然，由于受光面积减少，成像光束的强度要相应地减弱；而且由于全息图变小，边缘的衍射效应增强而必然会导致像质的下降。

4．在同一张照片上，可以重叠数个不同的全息图。在记录时或改变物光与参考光之间的夹角，或改变物体的位置，或改变被摄的物体等等，一一曝光之后再进行显影与定影，再现时能一一重现各个不同的图像。

由于具有这些特点，全息照相术现在已经得到了广泛的应用。如前面提到的全息信息存储和全息干涉分析就是分别应用了所述的第三和第四个特点。