全息照相基本原理

息照相的基本凍理郭斐內(nèi)容 提要全息照相概述全息照相的拍攝原理全息照相的觀瘵原理全息照相的特點(diǎn)全息技術(shù)的應(yīng)用 e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)而提岀的。“全息”是指物休發(fā)出的光波的全部信息: 既包括振幅或強(qiáng)度，也包括相位。物照相技術(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， 龜記A射光菠陥相彳立。e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(jìn)照相技 術(shù)。至息照片不用二般的照相機(jī)，而要用 一臺(tái)滋丸器。激丸束用分晃鏡一分二， 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板上。當(dāng)光束被 暢休良身寸后，其皮射晃束也照勺寸在菠舟 ,就完成了全息照相的攝制過(guò)程拍攝全息照片的 基未光路大致如 圖。疑光一激光光源（波 長(zhǎng)為入）的晃 分戒兩部分：直 接照射到底片上 的叫參考光；另 一部分經(jīng)物體衷 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 涉雜紋暑加后的 圖像。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。A關(guān)于相位。如圖。 設(shè)0為物體上某 一發(fā)光點(diǎn)設(shè)參考光在a處的波動(dòng)方程為：y = Acos( + 0) 物光在O點(diǎn)處的波動(dòng)方程為：y = Ai cos(yr + 0 J 物光在0點(diǎn)處的波動(dòng)方程為：y = Ai cos(勿 + 27zr / A)o 參考光與物光的相位差： 6q)= cpcp、+ 2岔/兄 由干涉知：5爐=(2上+1)疋處為暗條紋，解得 r =丸(2吃+ 1)疋+ q) 一爐訂/ 2兀 6cp = 2k兀比為明條紋，解得 r =入(2k7T +(p _ 0。)/ 2疋 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 的波程差為九由兒何關(guān)系知：A = sin OdXd = A/sin OX由此可知：當(dāng)e不同時(shí)，物光與參考 光形成的干涉條紋的間距也不同，而e 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.亠e觀察全息照片的光路 圖如下： e 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(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 身*僚理。仍考慮相鄰的兩雜紋a和b批時(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(lái)從物體上0點(diǎn)發(fā)來(lái)的物光的方向 的兩束衍射光，由幾何知識(shí)知其光程差恰 為九。由發(fā)光點(diǎn)0在底片上各處造成的透 光縫透過(guò)的光形成的衍射條紋會(huì)使人眼 審壘到原來(lái)的0點(diǎn)處有一發(fā)光點(diǎn)0。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(lái)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 個(gè)位置時(shí)，便可以看到 物體的側(cè)面像，即物體 上原來(lái)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)底斤上處處與參考 光發(fā)生干涉，也就是說(shuō), 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(lái)物光對(duì)稱方 向的兩束光，其光程差 也為入，光線匯聚將會(huì) 在0”處形成一實(shí)像。嶄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(wú)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^(guò)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(chē)輪胎皮下缺陷檢查等已得到廣泛應(yīng)用。全息照相用作I- 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(lèi)帶來(lái)一場(chǎng)新 的視覺(jué)革命。a參考書(shū)目:楊維級(jí)力學(xué)、張三慧 疲動(dòng)與光學(xué)