全息照相的基本原理

全息照相的基本原理 王楠 PB04203137 內容 提要 全息技術的應用 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 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： 既包括振幅或強度，也包括相位。 照相技術是利用了光能引起感光乳膠發(fā)生 化學變化的原理，變化的強度隨入射光強 的增大而增大。普通照相使用透鏡成像原 理，底片上化學反應的強度直接由物體各 處的明暗決定，即由入射光波的強度決定。 而全息照相不但記錄了入射光波的強度， 也記錄了入射光波的相位。 所謂全息照片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照相技 術。全息照片不用一般的照相機，而要用 一臺激光器。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 攝原 理 關于強度：顯然 參考光各處的強 度是一樣的，但 由于物體表面的 反射率不同，所 以物光的強度各 處不同。因此， 參考光和物光疊 加干涉時形成的 干涉條紋各處濃 淡也就不同。 關于相位。如圖。 設 O為物體上某 一發(fā)光點 全息 照相 的拍 攝原 理 設參考光在 a處 的波動方程為 : )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 。 點處的波動方程為物光在 點處的波動方程為：物光在 全息 照相 的拍 攝原 理 s i n/ s i n . x x d d 設 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 .由幾何關系知 : 由此可知 : 當 不同時 ,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。 沖洗時只是改變了不同部分的透光性。 觀察時 ,需利用與拍照時同頻率的光的衍 射原理。仍考慮相鄰的兩條紋 a和 b,此時 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可以當成 子波波源 ,其強度皆為激光光源的強度。 沿原來從物體上 O點發(fā)來的物光的方向 的兩束衍射光 ,由幾何知識知其光程差恰 為 。由發(fā)光點 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使人眼 感到原來的 O點處有一發(fā)光點 O。所有 發(fā)光點的對應的衍射條紋會使人眼看到 一個處于原來位置的完整的立體虛像。 全息 照相 的特 點 1.全息照片衍射形成 的立體虛像是一個真 正立體的 ,當人眼換一 個位置時 ,便可以看到 物體的側面像 ,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 整個物體的立體象 .因 為拍攝照片時 ,物體上 的點發(fā)出的物光在整 個底片上處處與參考 光發(fā)生干涉 ,也就是說 , 在底片上處處都有某 一點的記錄。 3.在用光照射底片時 , 在與原來物光對稱方 向的兩束光 ,其光程差 也為 ,光線匯聚將會 在 O” 處形成一實像。 全息 技術 的應 用 在全息照相的基礎上，全息技術還擴展到 紅外、微波、超聲領域，進一步發(fā)展形成 了全息干涉術、彩色全息、及彩虹全息和 周視全息等新的全息技術。由于全息照相 具有三維成像的特點，可重復記錄，而且， 每一小塊全息底片都能再現物體的完整， 其用途十分廣泛?？蓮V泛用于精密干涉計 量、無損探傷、全息光彈性、微應變分析 和振動分析等科學研究。利用全息干涉術 研究燃氣燃燒的過程、機械件的振動模式、 蜂窩板結構的粘結質量和汽車輪胎皮下缺 陷檢查等已得到廣泛應用。全息照相用作 商品和信用卡的防偽標記已形成產業(yè)，正 在發(fā)展的全息電視還將為人類帶來一場新 的視覺革命。 參考書目 ：楊維纮 力學 、張三慧 波動與光學