全息照相的基本原理 王楠 PB04203137
内容提要 全息照相概述 全息照相的拍摄原理 全息照相的观察原理 全息照相的特点 全息技术的应用
全息照相概述 全息照相原理是1948年Dennis Gabor 为了提高电子显微镜的分辨本领而提出的。“全息”是指物体发出的光波的全部信息：既包括振幅或强度，也包括相位。 照相技术是利用了光能引起感光乳胶发生化学变化的原理，变化的强度随入射光强的增大而增大。普通照相使用透镜成像原理，底片上化学反应的强度直接由物体各处的明暗决定，即由入射光波的强度决定。而全息照相不但记录了入射光波的强度，也记录了入射光波的相位。 所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先进照相技术。全息照片不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上。另一束直接照到感光胶片即全息干板上。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片 上，就完成了全息照相的摄制过程
全息照相的拍摄原理 拍摄全息照片的基本光路大致如图。 一激光光源（波长为 λ ）的光分成两部分：直接照射到底片上的叫参考光；另一部分经物体表面散射的光也照射到照相底片，称为物光。参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉，底片记录的即是各干涉条纹叠加后的图像。
全息照相的拍摄原理 关于强度：显然参考光各处的强度是一样的，但由于物体表面的反射率不同，所以物光的强度各处不同。因此，参考光和物光叠加干涉时形成的干涉条纹各处浓淡也就不同。 关于相位。如图。设O为物体上某一发光点．
全息照相的拍摄原理 设参考光在a处的波动方程为:
设a、b为相邻的两暗纹,由干涉知：a 、b两处的物光与参考光必须都反相.因为a b两处的参考光相同,所以其物光的波程差为λ.由几何关系知: 全息照相的拍摄原理 由此可知: 当θ不同时,物光与参考光形成的干涉条纹的间距也不 同,而θ的大小又可以反映出物光光波的相位.;再根据条纹的方向即可确定出物体的前后,上下,左右的位置.
全息照相的观察原理 观察全息照片的光路图如下：
全息照相的观察原理 全息照片不同于普通照片,其底片不显示物体的形象,而是干涉条纹叠加后的图像。冲洗时只是改变了不同部分的透光性。观察时,需利用与拍照时同频率的光的衍射原理。仍考虑相邻的两条纹a和b,此时二者为两透光缝。由惠更斯-菲涅耳原理知:处于同一波阵面上的a、 b可以当成子波波源,其强度皆为激光光源的强度。沿原来从物体上O点发来的物光的方向的两束衍射光,由几何知识知其光程差恰为λ。由发光点O在底片上各处造成的透光缝透过的光形成的衍射条纹会使人眼感到原来的O点处有一发光点O’。所有发光点的对应的衍射条纹会使人眼看到一个处于原来位置的完整的立体虚像。
全息照相的特点 1.全息照片衍射形成的立体虚像是一个真正立体的,当人眼换一个位置时,便可以看到物体的侧面像,即物体上原来被挡住的部分也可以看到。 2.即使是全息照片的一块残片,也可以看到整个物体的立体象.因为拍摄照片时,物体上的点发出的物光在整个底片上处处与参考光发生干涉,也就是说,在底片上处处都有某一点的记录。 3.在用光照射底片时,在与原来物光对称方向的两束光,其光程差也为λ,光线汇聚将会在 O”处形成一实像。
全息技术的应用 在全息照相的基础上，全息技术还扩展到红外、微波、超声领域，进一步发展形成了全息干涉术、彩色全息、及彩虹全息和周视全息等新的全息技术。由于全息照相具有三维成像的特点，可重复记录，而且，每一小块全息底片都能再现物体的完整，其用途十分广泛。可广泛用于精密干涉计量、无损探伤、全息光弹性、微应变分析和振动分析等科学研究。利用全息干涉术研究燃气燃烧的过程、机械件的振动模式、蜂窝板结构的粘结质量和汽车轮胎皮下缺陷检查等已得到广泛应用。全息照相用作商品和信用卡的防伪标记已形成产业，正在发展的全息电视还将为人类带来一场新的视觉革命。 参考书目 ：杨维纮《力学》、张三慧《波动与光学》