全息照相原理

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1、全息照相原理 王顥璠 （西安交通大學(xué)理學(xué)院,應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)91班） 摘要：了解全息照相的拍攝原理及觀察原理，介紹了全息照相的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：反射衍射 干涉 菲涅爾—基爾霍夫積分衍射公式 PACC：0760,0768 1.引言 也稱(chēng)”全息攝影”.一種可把被攝物反射的光波中的全部信息記錄下來(lái)的新型照相技術(shù).全息照相和常規(guī)照相不同,在底片上記錄的不是三維物體的平面圖像，而是光場(chǎng)本身。 2。全息照相的拍攝原理 拍攝全息照片的基本光路大致如圖。 激光光源（波長(zhǎng)為 λ ）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(chēng)為物光.參考光和物

2、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。 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)． 設(shè)參考光在a處的波動(dòng)方程為： 物光在O點(diǎn)的波動(dòng)方程為: 物光在a處的波動(dòng)方程為： 參考光與物光的相位差： 由干涉知：（2k+1）處為暗條紋， 解得r=[（2k+1)+］/2 2k處為明條紋，解得 r=[2k+］/2 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?yàn)?/p>

3、a b兩處的參考光相同,所以其物光的波程差為λ。由幾何關(guān)系知: 由此可知： 當(dāng)θ不同時(shí)，物光與參考光形成的干涉條紋的間距也不 同,而θ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。 3。全息照相的觀察原理 觀察全息照片的光路圖如下: 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(lái)從物

4、體上O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λ.由發(fā)光點(diǎn)O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)使人眼感到原來(lái)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(lái)位置的完整的立體虛像. 4.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?yàn)榕臄z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(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)

5、稱(chēng)方向的兩束光，其光程差也為λ,光線匯聚將會(huì)在 O”處形成一實(shí)像. 5.全息照相的應(yīng)用 綜上所述，全息照相是一種不用普通光學(xué)成象系統(tǒng)的錄象方法，是六十年代發(fā)展起來(lái)的一種立體攝影和波陣面再現(xiàn)的新技術(shù).由于全息照相能夠把物體表面發(fā)出的全部信息(即光波的振幅和相位）記錄下來(lái),并能完全再現(xiàn)被攝物體光波的全部信息，因此,全息技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用.例如：全息電影和全息電視，全息儲(chǔ)存、全息顯示及全息防偽商標(biāo)等. 　　除光學(xué)全息外,還發(fā)展了紅外、微波和超聲全息技術(shù),這些全息技術(shù)在軍事偵察和監(jiān)視上有重要意義。我們知道，一般的雷達(dá)只能探測(cè)到目標(biāo)方位、距離等,而全息照相則能給出目標(biāo)的

6、立體形象，這對(duì)于及時(shí)識(shí)別飛機(jī)、艦艇等有很大作用.因此，備受人們的重視.但是由于可見(jiàn)光在大氣或水中傳播時(shí)衰減很快，在不良的氣候下甚至于無(wú)法進(jìn)行工作.為克服這個(gè)困難發(fā)展出紅外、微波及超聲全息技術(shù)，即用相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，然后用可見(jiàn)光再現(xiàn)物象，這種全息技術(shù)與普通全息技術(shù)的原理相同。技術(shù)的關(guān)鍵是尋找靈敏記錄的介質(zhì)及合適的再現(xiàn)方法. 超聲全息照相能再現(xiàn)潛伏于水下物體的三維圖樣，因此可用來(lái)進(jìn)行水下偵察和監(jiān)視.由于對(duì)可見(jiàn)光不透明的物體，往往對(duì)超聲波透明，因此超聲全息可用于水下的軍事行動(dòng)，也可用于醫(yī)療透視以及工業(yè)無(wú)損檢測(cè)測(cè)等。 6.結(jié)論 全息照相與普通照相相比具有眾多優(yōu)點(diǎn)：成像具體

7、真實(shí)，能夠記錄三維圖像等。相信將會(huì)在未來(lái)獲得進(jìn)一步的發(fā)展和更廣泛的利用. 參考文獻(xiàn)： 百度百科，百度文庫(kù). Holographic photographic principle Wang haofan (Applied Physics Class91, Xi’anjiaotong University ） Abstract Understand holographic photographic filming principle and observation principle， and introduces the application of holographic photography.