激光与全息照相讲解
激光全息照相概论讲解
激光全息照相概论化学与化工学院化学3班翟夫朋学号：20061101142关键字：全息照相，发展史，特点，区别，普通照相，应用。
文章简介：通过回顾全息照相的发展史，引述全息照相的优点，进而总结全息照相的特点以及与普通照相间的区别，最后展望全息照相的应用。
一、全息照相的发展史全息图(Hologram)是盖伯(Gabor)在1948年为改善电子显微镜像质所提出的，其意义在于完整的记录。
盖伯的实验解决了全息术发明中的基本问题，即波前的记录和再现，但由于当时缺乏明亮的相干光源(激光器),全息图的成像质量很差。
1962年随着激光器的问世，利思和乌帕特尼克斯(Leith and Upatnieks)在盖伯全息术的基础上引入载频的概念发明了离轴全息术，有效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题——孪生像，三维物体显示成为当时全息术研究的热点，但这种成像科学远远超过了当时经济的发展，制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的，全息术基本成了以高昂的经费来维持不切实际的幻想的代名词。
1969年本顿(Benton)发明了彩虹全息术，掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。
彩虹全息图是一种能实现白光显示的平面全息图，与丹尼苏克(Denisyuk)的反射全息图相比，除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外，还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点。
二、全息照相的特点及与普通照相的区别1．全息照相过程分两步：全息记录和波前再现。
全息记录是一个干涉过程，全息再现是一个衍射过程。
全息照相用波动光学的规律来描述，而普通照相则是以几何光学的规律为基础。
2．普通照相底片所记录的仅是物体各点发出的光的光强（或振幅），而全息图记录的是物体各点的全部信息，包括振幅和位相，从而有可能使重现的物体的像是立体的。
普通照相过程中，物像之间是点点对应关系，即一个物点对应像平面中的一个像点。
虽然多个物点发出的光信号可以到达同一相点，但是普通照相底片仅能记录光强而不能记录位相，故无法从该像点上把不同物点的光信号识别出来。
全息照相原理及特点浅述
全息照相原理及特点浅述全息照相是一种通过记录和再现物体的三维信息的技术，它可以在二维介质上生成真实的三维影像。
全息照相的原理基于光的干涉、衍射和波动性。
全息照相的特点是能够还原出物体的完整三维信息，包括物体的形状、大小、纹理和光的反射特性等。
全息照相的原理是利用激光光源产生的相干光束，将被记录的物体分为两部分，一部分是被记录物体的参考光束，另一部分是与参考光束通过相干干涉的物体光束。
这两束光经过干涉后形成干涉图样，然后将干涉图样记录在光敏材料上，形成全息图。
当全息图被照射时，可以通过光的衍射效应将全息图中的信息还原出来，形成物体的三维影像。
全息照相的特点有以下几个方面：1. 真实性：全息照相能够还原出物体的真实三维影像，使观察者感觉到仿佛物体就在眼前。
这是因为全息照相记录了物体的全部信息，包括物体的几何形状、大小和纹理等，而不仅仅是物体的表面信息。
2. 信息量大：全息照相能够记录大量的信息，可以同时记录物体的多个角度和多个深度。
这使得观察者可以从不同的角度和深度观察物体，获取更加全面的信息。
3. 色彩丰富：全息照相可以记录物体的光的反射特性，包括物体表面的颜色和光泽。
因此，在观察全息图时，可以看到物体的真实色彩，使观察者感受到更加真实的体验。
4. 镜像效应：全息照相生成的全息图具有镜像效应，即观察者可以从全息图的两侧观察物体的三维影像。
这种效应增加了观察物体的灵活性和便捷性，使观察者可以选择最佳的观察角度。
5. 长时间保存：全息照相生成的全息图可以长时间保存而不失真。
这是因为全息图是通过记录光的干涉图样来生成的，而不是通过物体本身的光来生成的。
因此，全息图可以保存很长时间而不会受到光的腐蚀和退色的影响。
总的来说，全息照相是一种具有很高真实性和信息量的三维影像记录技术。
它可以记录物体的完整三维信息，并能够在观察时还原出物体的真实形状、大小、纹理和光的反射特性等。
全息照相的特点使其在许多领域有着广泛的应用，如科学研究、艺术创作、教育培训和安全防伪等。
全息照相的原理与应用
全息照相的原理与应用全息照相，又被称为全息摄影，是一种利用光的干涉原理将物体真实的三维信息记录下来的技术。
它不同于传统的摄影方式，可以在照片中展现出物体的真实深度和逼真的立体效果。
本文将介绍全息照相的原理，以及其在科学、艺术和商业领域的应用。
一、全息照相的原理全息照相的原理基于光的干涉现象。
当两束光波（即参考光和物体光）相交时，它们会产生干涉条纹，同时记录下了物体的全息图像。
全息图片的关键特征是它可以包含物体的光传播路径信息，其中包括了物体的相位、振幅和角度等多种信息。
在全息照相过程中，首先需要使用激光等单色光源产生一束参考光。
这束光经过分光镜的反射和折射后，会与被拍摄物体上反射的物体光相遇。
在这个过程中，物体光会被参考光所改变，产生干涉条纹，形成全息图像。
为了记录下完整的光信息，照相底片或者光敏介质需要具备高分辨率和宽动态范围。
二、全息照相的应用1. 科学领域中的应用全息照相技术被广泛应用于科学研究中，特别是光学、物理学等领域。
它可以用来观察和研究微小物体的结构和运动，例如细胞、分子和原子等。
通过记录和分析全息图像，科学家们可以更好地理解物体的形态和特性。
2. 艺术领域中的应用全息照相在艺术创作中也有独特的应用。
全息照片可以展现出逼真的三维效果，使观众感受到身临其境的效果。
艺术家们可以利用全息技术来创作立体艺术品、立体影像等，为观众带来沉浸式的艺术体验。
全息照相由于其独特的艺术表现形式，也成为了一种独特的艺术创作媒介。
3. 商业领域中的应用全息照相在商业领域中有广泛的应用前景。
例如，它可以用于制作防伪标识，对抗盗版和伪造。
全息图像的复杂性使得它难以被复制和仿造，从而可以起到保护知识产权的作用。
此外，全息照相还可以应用于产品展示和广告宣传等领域，为产品增加立体感和高科技形象。
总结：全息照相通过光的干涉原理记录下物体的全息图像，具备逼真的立体效果。
它在科学、艺术和商业领域都有重要的应用价值。
科学家可以利用全息照相技术来研究微小物体的结构和特性，艺术家们可以利用全息技术创作出逼真的立体艺术品，商业领域可以利用全息照相来进行防伪标识和产品展示。
激光艺术和全息影像
• 1976 年，卡拉凡以象征的手法，用8瓦特的氩气激光光束连接了意大利的贝尔维德尔要 塞(Forte del Belvedere)和布鲁内莱斯基穹顶(Brunelleschi’s cupla)，他以蓝色之光作 为和平的纽带迈出了他在环境艺术中结合激光创作的第一步。该作品名为《环境为和平》。
• 1983 年，卡拉凡参加了在巴黎举行的电子展览，以两束绿色的激光光束连接了巴黎市立 现代美术馆和埃菲尔铁塔以及巴黎商业新区。在这件作品中，卡拉凡用象征的手法以激光 连接了一个城市的历史和现在。当激光穿过 这三个分别代表艺术、技术和商业的标志性 建筑时，是以艺术的方式呈现了城市从工业化向电子化的变迁。
Hale Waihona Puke 第四章 激光艺术与全息影像01 激光艺术概述
第一节 激光艺术概述
• 1960 年，一种神奇的光诞生了，它就是激光。激光的特点在于方向性极好，在传 播中始终像一条笔直的线，不易发散，光强也可以保证。激光由于其强大功效被 富有探索和创造精神的艺术家们使用在自己的艺术作品之中。
• 1965 年，激光第一次被应用于艺术领域之后，逐渐被艺术家们应用于室内外空间 的环境艺术和装置作品之中。在这些艺术实践中，激光作为一种“非物化”的媒 体一方面触发了艺术家们重新思考借用媒体实现艺术创作的虚实关系，另一方面 对激光特性的挖掘也加强了艺术家与相关领域科学家和技术人员的沟通协作。
浅谈激光全息照相技术及其应用
浅谈激光全息照相技术及其应用全息照相技术起源于二十世纪四十年代，英国科学家伽佰第一次获得了全息图及其再现像，为全息术的发展奠定了基础。
十几年后激光的出现，为全息提供了相干性很好的光源，激光全息照相技术得到了飞速的发展和广泛的应用。
从80年代激光全息技术传入我国并发展于防伪领域，90年代为激光全息防伪的鼎盛时期。
我们应用最多的激光全息图像是激光彩虹模压全息图，下面浅谈一下激光彩虹模压全息图的相关技术原理。
一、激光全息照相技术激光全息照相技术用途最广泛的是用来制作彩虹全息图，其制作过程分三阶段来完成，即激光全息照相母版制作、电铸金属模压版、彩虹全息图模压复制。
在这里，我们对这三阶段分别进行简单介绍。
1、激光全息照相原理激光全息照相是指用激光干涉的方法将我们需要的物体图像信息记录于感光载体上，再经过光的衍射等技术处理形成在可见光下也能再现的彩虹全息图的过程。
简单的说，激光全息照相就是干涉记录和衍射再现。
干涉记录激光器发出的相干性很好的激光束经过分光镜分为两束光，一束光被称为参考光，经过反射镜、扩束镜后照射在感光载体上（一般是光致抗蚀剂的光刻胶版）；另一束光被称为物光，经过光学镜组后照射在物体上，经过物体反射后的物光携带着物体的光信息，与参考光相遇在感光载体上，并在感光载体上形成干涉条纹。
这个干涉条纹记载了我们拍照物体的全部信息，包括光强信息和位相信息。
这个感光载体经过显影、定影，就是我们拍摄的激光全息照片。
这种照片在普通光照下是看不见图像的，只有在激光参考光束的照射下才能看见全息图像。
要想在普通光源条件下也能欣赏到精美的全息图，就必须进行第二步的拍摄过程，即衍射再现。
衍射再现激光器发出的光一分为二,一束再现光束(也就是二次拍摄的物光束)照射在第一步中得到的激光全息照片上,并在激光全息照片前面放一块开有水平狭缝的挡板,透过激光全息照片的再现光束穿过狭缝,照射到另一块新的感光载体上,并记录了激光全息照片的光信息；而另一束参考光与再现光相遇在新的感光载体上，也形成了含有光信息的干涉条纹。
《激光与全息照相》 讲义
《激光与全息照相》讲义一、激光的特性在探讨全息照相之前，我们先来了解一下激光。
激光，全称为“受激辐射光放大”，具有一系列独特的特性，这些特性使得它在众多领域都有着广泛的应用。
首先，激光具有高度的方向性。
普通光源发出的光通常向四面八方传播，而激光则几乎沿着一条直线传播。
这使得激光能够在很远的距离上保持较高的能量密度，从而可以用于长距离的通信、测距和定向等。
其次，激光的单色性极好。
也就是说，激光的波长非常单一，颜色非常纯净。
这一特性在光谱分析、激光医疗等领域具有重要意义。
再者，激光的相干性强。
相干性是指光波在时间和空间上的相位关系。
激光的相干性使得它可以产生清晰的干涉和衍射现象，为全息照相等技术提供了基础。
此外，激光还具有高亮度的特点。
其能量高度集中，能够在短时间内释放出巨大的能量。
二、全息照相的原理了解了激光的特性，接下来我们进入正题——全息照相。
全息照相是一种利用激光记录和再现物体三维信息的技术。
全息照相的原理基于光的干涉和衍射。
当一束激光被分成两束，一束称为物光，另一束称为参考光。
物光照射到物体上，被物体表面散射后与参考光在记录介质上相遇，发生干涉现象。
干涉条纹记录了物光和参考光的相位和振幅信息，从而形成了全息图。
全息图看起来像是一些复杂的条纹，但它实际上包含了物体的全部信息。
当用与参考光相同的光照射全息图时，通过衍射现象，就能再现出物体的三维图像。
与普通照相不同，普通照相只是记录了物体表面的光强分布，也就是物体的二维图像。
而全息照相记录的是包含相位信息在内的全部光学信息，因此能够再现出物体的三维立体图像。
三、全息照相的记录过程全息照相的记录过程可以分为以下几个步骤：1、准备工作首先，需要选择合适的激光光源，确保其具有良好的单色性和相干性。
同时，准备好记录介质，如全息干板。
2、光路布置将激光通过分光镜分成物光和参考光两束。
物光经过透镜等光学元件照射到被拍摄的物体上，参考光则直接照射到记录介质上。
全息照相实验原理
全息照相实验原理
全息照相是一种利用光的干涉和衍射原理记录物体三维信息的技术。
它与传统
摄影不同，传统摄影只能记录物体的表面信息，而全息照相可以记录物体的全息信息，包括物体的形状、大小、深度等。
全息照相的原理非常复杂，下面我们将简要介绍一下全息照相的实验原理。
首先，进行全息照相实验需要一定的光学装置，包括激光器、分束镜、物体和
底片。
激光器产生的单色、相干光通过分束镜分成两束光，一束作为参考光，直接照射到底片上；另一束作为物体光，照射到物体上并被物体反射或透过后再照射到底片上。
这样，底片上就记录下了物体光和参考光的干涉图样。
其次，全息照相的实验原理涉及到光的干涉和衍射。
当物体光和参考光在底片
上相遇时，它们会发生干涉现象，形成一种交叠的光栅图样。
这种图样记录了物体的全息信息，包括物体的振幅和相位信息。
当人们观察这张底片时，利用适当的光源和角度，就可以重现出原始物体的全息图像。
最后，全息照相的实验原理还涉及到底片的处理和重现。
在实验中，底片需要
经过一系列的显影、定影和增透等化学处理，以便将干涉图样转化为可见的全息图像。
在观察全息图像时，需要利用适当的光源和角度，使得记录下的全息信息能够以最佳的方式重现出原始物体的三维形态。
总的来说，全息照相实验原理是利用光的干涉和衍射原理记录物体的全息信息，通过适当的光学装置和底片处理，可以实现对物体三维信息的记录和重现。
全息照相技术在科学研究、工程设计、艺术创作等领域都有着重要的应用，它为人们提供了一种全新的记录和展示物体信息的方式。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解全息照相的实验原理。
《激光与全息照相》 知识清单
《激光与全息照相》知识清单一、激光的基本原理激光，全称为“受激辐射光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），是 20 世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。
激光的产生基于原子的能级结构。
原子中的电子处于不同的能级，当电子从高能级向低能级跃迁时，会释放出光子。
而在激光的产生过程中，存在一个关键的步骤，那就是受激辐射。
处于高能级的原子在受到外来光子的激发时，会跃迁到低能级，并发射出一个与激发光子频率、相位、偏振方向完全相同的光子，这就是受激辐射。
通过在特定的光学谐振腔中实现受激辐射的不断放大和反馈，最终就形成了激光。
激光具有许多独特的性质。
首先，激光具有高度的方向性，它可以在很长的距离内保持狭窄的光束，几乎不发散。
其次，激光具有高亮度，其能量高度集中，使得在很小的区域内能够产生极高的功率密度。
此外，激光还具有单色性好的特点，即波长范围非常窄，频率单一。
最后，激光的相干性也非常出色，这意味着光波在空间和时间上的相位关系是高度确定的。
二、全息照相的原理全息照相是一种能够记录物体光波全部信息（包括振幅和相位）的新型照相技术。
普通照相只是记录了物体的光强分布，也就是振幅信息，而丢失了相位信息。
但全息照相则不同，它利用了光的干涉原理。
首先，通过分束器将一束激光分为两束，一束称为物光，照射到被拍摄的物体上，然后反射或散射的光到达记录介质；另一束称为参考光，直接照射到记录介质上。
物光和参考光在记录介质上相遇并发生干涉，形成复杂的干涉条纹。
这些干涉条纹不仅记录了物光的振幅信息，还包含了物光的相位信息。
当用与参考光相同的光照射已经记录了干涉条纹的记录介质时，就可以再现出原始物体的三维图像。
三、激光在全息照相中的作用激光在全息照相中起着至关重要的作用。
由于全息照相需要记录光波的相位信息，这就要求光源具有高度的相干性。
激光全息照相
激光全息照相普通照相记录下来的是物体光波的强度，不能记录相位，因而丢失了物体纵深方向的信息，照片看起来没有立体感。
1948年英国科学家盖伯（D.Gabor）在研究电子显微镜的分辨率时，采用了一种两步无透镜成像法，可以提高电子显微镜的分辨本领。
他提出的方法，利用了光的干涉原理来记录物光波并利用光的衍射原理来再现物光波，这种方法可以同时记录下物体光波的振幅和相位，这是全息照相的基本原理，为此他在1971年获得诺贝尔物理学奖。
“全息”来自希腊字“holo”，含义是“完全的信息”，即包含光波中的振幅和相位信息。
利用激光全息照相得到的全息图，图上的任何一块小区域都能重现整个物体的像。
激光全息照相在流场显示、无损探伤、全息干涉计量和制作全息光学元件等领域有着广泛的应用。
一、实验目的1．加深理解激光全息照相的基本原理；2．初步掌握拍摄全息照片和观察物体再现像的方法；3．了解全息照相技术的主要特点，并与普通照相进行比较；4．了解显影、定影、漂白等暗室冲洗技术。
二、实验原理1．全息照相与普通照相的主要区别物体上各点发出（或反射）的光（简称物光波）是电磁波，借助它们的频率、振幅和相位信息的不同，人们可以区别物体的颜色、明暗、形状和远近。
普通照相是运用几何光学中透镜成像的原理，把被拍摄物体成像在一张感光底片上，冲洗后就得到了一张记录物体表面光强分布的平面图像，像的亮暗和物体表面反射光的强弱完全对应，但是无法记录光振动的相位，所以普通照相没有立体感，它得到的只能是物体的一个平面像。
所谓全息照相，是指利用光的干涉原理把被拍摄物体的全部信息——物光波的振幅和相位，都记录下来，并能够完全再现被摄物的全部信息，从而再现形象逼真的物体立体像。
全息照相的过程分两步：记录和再现。
全息照相的数学描述见本实验附录A。
2．光的干涉——全息记录全息照相是一种干涉技术，为了能够清晰地记录干涉条纹，要求记录的光源必须是相干性能很好的激光光源。
图1是拍摄全息照片的光路示意图。
《激光与全息照相》 讲义
《激光与全息照相》讲义一、激光的基本原理与特性在探讨全息照相之前，我们先来了解一下激光。
激光，这个在现代科技中熠熠生辉的名词，它的英文全称为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”，缩写为“LASER”，意思是“通过受激辐射实现光放大”。
激光的产生基于量子力学的原理。
在普通光源中，原子或分子的发光是自发的，发出的光向各个方向传播，且具有不同的频率和相位，这导致光的相干性较差。
而在激光产生的过程中，通过外界的激励，使得大量原子处于高能级状态，形成所谓的“粒子数反转”。
当处于高能级的原子受到特定频率光子的激发时，会产生同频率、同相位、同偏振方向的光子，这就是受激辐射。
这些受激辐射的光子在谐振腔内不断往返，经过多次放大和筛选，最终形成了高度单色性、相干性和方向性的激光。
激光具有许多独特的特性，这使得它在众多领域发挥着重要作用。
首先，激光的单色性极好，即具有非常窄的波长范围，这使得它在光谱分析、高精度测量等方面具有无可比拟的优势。
其次，激光的相干性强，这意味着激光束中的光波在空间和时间上具有高度的一致性，能够实现干涉、衍射等光学现象，为全息照相等技术提供了基础。
再者，激光的方向性好，能够聚焦成非常小的光斑，从而实现高能量密度的传输，在激光加工、医疗手术等领域大显身手。
二、全息照相的原理了解了激光的特性，接下来我们深入探究全息照相的原理。
全息照相与传统照相有着本质的区别。
传统照相是基于几何光学的原理，记录的是物体表面的光强分布，也就是物体的亮度信息，而丢失了相位信息，因此我们看到的传统照片是平面的，缺乏立体感。
全息照相则不同，它同时记录了物光的振幅和相位信息，从而能够重现物体的三维图像。
全息照相的原理基于光的干涉现象。
当一束激光被分成两束，一束称为物光，照射到物体上，然后被物体散射；另一束称为参考光，直接照射到记录介质上。
物光和参考光在记录介质上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。
激光全息摄影
在摄影中， 照相机拍摄的景物只记录了景物的反射光的强弱，也就是反射光的振幅信息(灰度),而不能记录景物的立体信息。而全息摄影技术能够记录景物反射光的振幅和相位，是一种立体摄影技术。为了获得清晰的全息图，要求光源性能特别好，只有激光才能达到。所以，在激光出现之后，全息摄影技术才迅速发展起来并获得了广泛的应用。
由于激光再现的全息图失去了色调信息，人们开始始致力于研究第三代全息图。第三代全息图是利用激光记录和白光再现的全息图，例如反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等，在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩。激光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变。
古建筑保护，首先就是需要原始资料，所以古建筑测绘成为建筑保护的重中之重。而先进的测绘技术将为古建筑保护提供快速、高质量的原始资料。
当照明干板的光束为单色光时，只有在某些特定的角度下才能观察到再现像；当不同波长的混合光（例如白光）以一确定的入射角照明干板时，只有某些特定的波长满足布拉格条件而产生再现像，其中只有一种波长的衍射效率为最高。这就是反射式全息图的角度选择性和波长选择性。
只有两列光波的频率相同，位相差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象。
将制得的全息图放回原位，遮住物光束并取走物体，用原参考光照明，则透过全息图可以看到原来放置物体的地方有物体的虚像，犹如物体没有取走一样，物体的虚像具有明显的视差效应，人眼通过全息图观察物体的虚像，就像通过一个“窗口”观察真实物体一样，具有强烈的三维真实感，当人眼在全息图后面左右移动观察时，可以看到物体的不同部位。
三维激光扫描仪的工作原理是什么
《激光与全息照相》 知识清单
《激光与全息照相》知识清单一、激光（一）激光的原理激光（Laser），全称为“受激辐射光放大”。
其原理基于原子的能级结构和受激辐射过程。
在普通光源中，原子的发光是自发的，各个原子发光的方向、频率和相位都是随机的，因此光的相干性很差。
而在激光中，处于高能级的原子受到外来光子的激励，跃迁到低能级并发出与激励光子频率、相位、偏振方向和传播方向都相同的光子，从而实现光的放大。
（二）激光的特点1、方向性好激光的发散角很小，可以近似看作是平行光，能够传播很远的距离而不显著扩散。
这使得激光在诸如激光测距、激光通信等领域具有重要应用。
2、单色性好激光的波长范围非常窄，光谱纯度高。
这对于需要特定波长光的应用，如光谱分析、激光医疗等非常重要。
3、相干性强激光的光波在时间和空间上的相位关系高度一致，具有很强的相干性。
这使得激光能够用于干涉测量、全息照相等需要相干光的技术。
4、亮度高激光的能量在很小的空间和时间内集中，因此具有极高的亮度。
这使得激光在切割、焊接、打孔等工业加工以及激光武器等方面发挥着巨大作用。
（三）激光的产生激光的产生需要三个基本要素：工作物质、激励源和光学谐振腔。
1、工作物质工作物质是能够产生激光的物质，如气体（氦氖气体）、液体（染料）和固体（红宝石、钕玻璃等）。
这些物质具有特定的能级结构，能够实现粒子数反转。
2、激励源激励源为工作物质中的原子提供能量，使其从低能级跃迁到高能级，形成粒子数反转。
激励方式有光激励、电激励、化学激励等。
3、光学谐振腔光学谐振腔由两块反射镜组成，使得在工作物质中产生的受激辐射光在腔内来回反射，不断得到放大，最终形成稳定的激光输出。
（四）激光的应用1、通信领域激光通信具有容量大、保密性好、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于卫星通信、光纤通信等。
2、医疗领域激光在眼科手术（如近视矫正）、皮肤科（如去除纹身、治疗血管瘤）、外科手术（如激光切割、止血）等方面发挥着重要作用。
3、工业加工包括激光切割、焊接、打孔、打标等，能够实现高精度、高效率的加工。
3-4 504激光与全息照相(定)
特点
作用
应用实例
相干光
平行度 非常好
可进行调制、传递信息
传播很远距离能保持一定强 度，可精确测距测速 可会聚于很小的一点，记录 信息密度高
光纤通信、全息 照相 激光雷达
DVD、CD、VCD机， 计算机光驱
可在很小空间短时间内集中 激光切割、焊接、
能量高 很大能量
打孔、医疗手术、 激光武器
冲洗好的全息干板
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。
照明光
全息 照片
人眼
全息照片的观看：
用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体的 立体的像。
英女王的全息照片
全息再现用于艺术创作
全息照相术的起源
• 全息术最初是由英国科 学家丹尼斯·伽柏于1948 年提出来的，伽柏并因 此在1971年获得了诺贝 尔物理学奖，当初的目 的是想利用全息术提高 电子显微镜的分辨率， 伽柏当初使用汞灯作为 光源，但是汞灯作为光 源还不是很理想，这种 技术由于要求高度相干 性及高强度的光源而一 度发展缓慢。
物体发光的微观机理
物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处 于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的 过程中，会发出光。
自发辐射
原子在没有外界干预的情况下，电子会由处于激发
态的高能级E2 自动跃迁至低能级E1，这种跃迁称为自
发跃迁。
自发辐射光子频率
E2
h
E2 E1
h
E1
普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发
光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独 立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干 光。
《激光与全息照相》 讲义
《激光与全息照相》讲义一、激光的基本原理在探讨全息照相之前，咱们得先弄清楚激光是怎么一回事。
激光，英文叫“Laser”，它可不是一般的光。
普通的光，比如太阳光或者灯光，都是由无数个不同频率、不同相位、不同方向的光子随机组合而成的，所以比较杂乱无章。
而激光就不一样啦，它具有高度的单色性、相干性和方向性。
激光产生的原理，得从原子的能级结构说起。
原子中的电子会在不同的能级上运动。
当原子吸收了一定的能量，电子就会从低能级跳到高能级；反过来，电子从高能级回到低能级时，就会释放出能量，这能量以光子的形式发射出来。
在激光的产生过程中，有个关键的概念叫“受激辐射”。
假设一个处于高能级的电子，受到外来光子的刺激，它会回到低能级，同时释放出一个与外来光子频率、相位、方向都完全相同的光子。
这样一来，原来的一个光子就变成了两个完全相同的光子。
为了实现激光的持续输出，还需要有一个光学谐振腔。
它就像一个筛选器，只有那些沿着特定方向、频率符合要求的光子才能在腔内来回反射，不断地激发更多的受激辐射，从而使光得到放大，最终形成强大的激光束从谐振腔的一端输出。
二、全息照相的原理了解了激光，咱们再来说说全息照相。
全息照相和传统的照相可大不一样。
传统照相，比如咱们用手机或者相机拍的照片，记录的只是物体表面的光强分布，也就是物体的明暗信息，丢失了相位信息，所以得到的是一个二维的平面图像。
而全息照相呢，它不仅能记录光强，还能记录光的相位，从而能够重现物体的三维立体图像。
全息照相的原理基于光的干涉。
当一束激光被分成两束，一束叫做物光，另一束叫做参考光。
物光照射到物体上，然后被物体散射；参考光则直接照射到记录介质上。
这两束光在记录介质上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。
这些干涉条纹就包含了物体的全部信息，包括光强和相位。
当用与参考光相同的激光照射这些干涉条纹时，就能重现出原来物体的立体图像。
三、全息照相的记录过程接下来详细讲讲全息照相的记录过程。
鲁科版高中物理选修3-4：激光与全息照相_课件1
【例题 1】 如图所示,电灯 S 发出的光先后经 过偏振片 A 和 B,人眼在 P 处迎着入射光方向,看不 到光亮,则( )
A.图中 a 光为偏振光 B.图中 b 光为偏振兴 C.以 SP 为轴将 B 转过 180°后,在 P 处将看到光亮 D.以 SP 为轴将 B 转过 90°后,在 P 处将看到光亮
偏振现象及其应用
●问题导引●
你看过立体电影吗?电影中的精彩镜头让你心惊肉跳:火车向着你冲过 来,从头顶上飞过去,凶猛的怪兽张牙舞爪地对着你飞奔而来……很惊险刺 激,为什么立体电影会有这样神奇的效果?
提示:这是应用了光的偏振现象。在观看立体电影时,观众要戴上一副 特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。
(5)激光的相干性好。 所谓相干性好,是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所 谓的单色光)频率是不一样的,而激光器发生的激光的频率几乎是单一的, 并且满足其他的相干条件。所以,现在我们做双缝干涉实验时,无须在双缝 前放一个单缝,而是用激光直接照射双缝,就能得到既明亮又清晰的干涉条 纹。利用相干光易于调制的特点,传输信息,所能传递的信息密度极高,一条 细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视,全国 人民同时通话还用不完它的通讯容量,而光纤通信就必须借助激光技术才 能发展。
●问题导引●
激光早已进入我们生活的方方面面。我们知道,每一种商品上都有一组 按一定规则排列的粗细不同的黑色线条,这就是此商品的条形码(如图甲所 示)。售货员用条形码扫描仪发出的激光对着条形码扫一下,就可以进行结 算。你能简单说明其中的道理吗?
提示:售货员用条形码扫描仪(图乙)发出的激光对着条形码扫一下,由于黑 条、空白条对激光的反射能力不同,这一商品条形码所反射的激光就把其信 息输入电脑,商品的名称、价格就显示在收银机的屏幕上,售货员就可依据 显示价格进行结算。
第六章 激光全息技术(f)
全息照相的概念 • 全息照相术是一种新型 的照相技术，其成像过 程是：利用光的干涉和 衍射现象，在照相干板 或胶片上以干涉条纹的 形式把图像记录下来， 然后用光照射这种干板 （称作全息干板），就 能以立体形式再现出原 来的物体像。
3
• 与普通照相不同，全息照相 有一些突出的特点，比如它 的像有三维立体性、其干板 具有可分割性、可多次记录 性等等。全息照相之所以具 有上述特点，是因为全息照 相与普通照相的方法截然不 同。普通照相在胶片上记录 的仅是物光的振幅信息（即 光强分布），而全息照相在 记录振幅信息的同时，还记 录了物光的相位信息，“全 息”也因此而得名。
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= m(A
2 r
+ A (x, y))Ar e
2 0
1
• 式中第一项是照明光束传播的光波．它经全息照片 后不偏转，是照明光波的继续，Ar2仅造成一种均匀 的背景， Ao2 (x,y)包含物体上各点在记录时所发射 光波的自相干和互相干分量，一般使全息图在表观 上看来出现一种均匀颗粒状分布或所谓的斑点图像， 再现时，产生“晕状雾光”，当物体亮度较小时， 可忽略不计。
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一、全息技术的基本原理
• 全息技术是一种分两步成像的技术，即全 息图的记录和物光波的再现。它和普通照 相技术的区别是不仅能在底片上记录下物 光光强的变化．同时还能记录下物光的位 相变化，即能把物光的所有信息全部记录 下来，通过再现，可获得物体的立体像。
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其过程分： 1、 全息图的记录 2、物光波再现 1、全息图的记录
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2. 二次曝光法
这样全息干板上就记录了物体在两个状态时的全息图。 当用和记录时参考光束入射方向相同的照明光波照明二次 曝光全息图后，再现的原物体光波和变形后的物体光波发 生干涉，在再现像上会看到由变形或位移引起的干涉条纹。
5.4 激光与全息照相
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激， 使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态 跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的 光，这种光叫作激光。
3. 激光器的种类 A. 气体激光器:最常见的是氦氖激光器,另一种典型代表是氩离子激光器 B.固体激光器:红宝石激光器,钇铝石榴石激光器
C. 液体、化学和半导体激光器
• 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
激光的方向性非常好，是一 束几乎不发散的平行光，可 以会聚到很小的点上。
亮度高
激光能在很小的空间、很短的 时间内集中很大的能量
应用
光纤通信 光的干涉 激光全息照相
测距和跟踪目标 DVD、CD唱片、 计算机光盘
“光刀” 激发核反应
二。激光的特性及应用
1.相干性应用：光纤通讯、激光全息技术 2.平行度好：测距、测速（激光雷达测速）
信息存储和阅读（DVD、CD唱 机、计算机光盘 3.亮度高：工业切割、焊接； 医学“光刀”、焊接。 利用强激光产生的高压引发核聚变。
形形色色的激光武器
1）激光枪
二、对全息照相的理解
“全息”的意思为“全部信息”，即相对于只记录物体的明暗变 化的普通摄影来说，激光全息摄影还能记录物体的空间变化。
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。
实验讲义_激光全息照相
实验7 激光全息照相【实验目的】1．了解全息照相的基本原理。
2．学习并掌握全息照相的基本实验技术。
【实验原理】英国物理学家伽柏（D.Gabor）在1947年，并非从三维成像（three dimensional imaging）的目的出发，而是为了提高电子显微镜（electron microscope）的分辨率，发明了全息术（holography）。
他提出用物体衍射的电子波制作全息图（hologram），然后用可见光（visible light）照明全息图来得到放大的物体像。
由于省去了电子显微镜物镜（objective），这种无透镜两步成像过程可期望获得更高的分辨率（resolution），伽柏用可见光验证了这一原理。
全息术的思想渊源来自波动光学（wave optics），全息术的发展，不仅有赖于激光（laser）的出现，还有赖于其它方面的贡献。
伽柏曾经说过：“在进行这项研究时，我站在两个伟大的物理学家的肩膀上，他们是布喇格（W.L.Bragg）和采尼克（F.Zernike）。
”这就是说，伽柏全息思想的萌生受到他们的启发。
在发明全息术的前几年，伽柏看过布喇格的“X射线显微镜（X-ray microscope）”（布喇格采用两次衍射使晶格的像重现），并注意到如若采用布喇格的方法还不足以记录傅里叶变换的全部信息。
为了解决相位记录的问题，伽柏想到了采尼克在研究透镜像差（lens aberration）时使用过的“相干背景”，即用“相干背景”作为参考波（reference wave），那么参考波与衍射波（diffraction wave）（物波（object wave））相互干涉，用照相底片记录干涉图样（interference pattern），便得到包含相位（phase）信息在内的干涉图样，此即全息图。
在全息图上，两个波相位相同处产生极大，相反处产生极小，当用参考光照明全息图时可重建物波波前（wave front）。
实验 激光全息照相
实验 32 激光全息照相【实验目的】1．学习全息照相的基本原理和方法2．了解全息照相的主要特点3．学习观察全息照片的方法【仪器设备】全息照相的整套装置(PHYWE)，如图1 所示：【全息照相的特点】全息照相是以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，借助于参考光波记录物光波的振幅与位相的全部信息，在记录介质（如感光干版）上得到的不是物体的像，而只有在高倍显微镜下才能观察得到的细密干涉条纹，称之为全息图。
条纹的明暗程度和图样反映了物光波的振幅与位相分布，好像是一个复杂的衍射光栅，只有经过适当的再照明才能重建原来的物光波。
全息照片还具有如下几个特点：（1）全息照片在适当的照明下重建物光波与原来的物光波具有相同的深度和视差。
改变观察的位置，就可以看到景物被遮拦的物体，观察近距离的物体，眼睛必须重新调焦。
（2）把全息照片分成小块，其中每一小块都可以再现整个图像。
因为照片上每一点都受到参考光和被摄物体所有部分的光的作用，所以这些点就用编码的形式包含了整个图像的信息。
但是当小块逐渐减小时，分辨率逐渐变差。
（3）全息照片可以用接触法复制，但无正负片之分，不论是原来的还是复制的都再现被摄物体的正像。
而且无论照明乳剂的反差特性如何，再现影像的反差同原物体的反差都非常接近。
（4）全息照片绕垂直轴线转180°，引起一个倒转的像，让全息照片绕一水平轴线旋转180°，也产生一个倒转的像，但让全息照片绕一个垂直与全息图平面的轴线转180°，则不引起像的倒转。
（5）最后一个特点是在同一张底片上用连续曝光方法可以重叠几个影像，而每一张影像又不受其它影像的干扰而单独显现。
【物理原理】全息照相是一种采用相干光源的两步光学成像过程。
第一步是在记录介质上记录由参考光和物光形成的复杂的干涉图样――全息图，第二步是在适当的照明下从全息图再现出物体通常的图像，所以全息照相的基本理论，实质上就是一种较为广义的双光束干涉场的计算。
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第4节 激光与全息照相
激光的产生
1、光的产生：原子获得能量后处于不稳定状态，会以光子 的形式向外发射能量，这个能量就是光。
2、自发发射：一般光源自发地发出光，所发出的光频率 不一、相差不稳定、方向不同。这种是自然 光，即普通光。 3、受激发射：原子受到外来光子的激发，会发射出与这个 外来光子“四同”（同频率、同相差、同偏 振、同传播方向）的光，这种就是激光。
“光刀” 激发核反应
全息照相的基本原理
全息照相概述
• “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。
• 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。 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。
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。
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 上各图像。
•
全息照相的观察原理
• 观察全息照片的 • 光路图如右图：
激光的特点及其应用
特点 (与普通光)
相干性 好 特点内容 频率单一，相差恒定，易发生 干涉现象，可像无线电波一样 调制。 激光的方向性非常好，是一束 几乎不发散的平行光，可以会 聚到很小的点上。 应用
光纤通信 光的干涉 激光全息照相
平行度 好
测距和跟踪目标 DVD、CD唱片、 计算机光盘
亮度高
激光能在很小的空间、很短的 时间内集中很大的能量