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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DennisGabor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 全息照相的拍攝原理 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ab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 可廣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