全息干涉
全息照相及全息干涉法实验的误差分析及改进方法-研究报告性实验报告
. / 北航物理实验研究性报告全息照相与全息干预法实验的误差分析与改良方法第一 **：第二 **：目录摘要2一、实验目的2二、实验原理21.全息照相：2〔1〕透射式全息照相3〔2〕反射式全息照相42.两次曝光法测定金属的弹性模量：5三、实验仪器6考前须知：7四、实验步骤71、全息照片的拍摄和全息像的再现72、二次曝光法测定铝板的杨氏模量8五、数据记录与处理81、原始数据记录82、数据处理8六、结果分析101、误差分析102、改良建议133、感想体会14七、参考资料15摘要本报告对全息照相和全息干预法实验的原理、步骤、仪器进展了简要的介绍，并对实验数据进展处理以及误差估算。
通过分析实验室条件下误差产生的原因并进展准确计算，探究如何更好地完本钱实验，使之呈现更加清晰的图像以及提高精度的方法，从而深入理解实验，最后说明实验的收获与感想。
一、实验目的1、了解全息照相的根本原理，熟悉反射式全息照相与透射式全息照相的根本技术和方法；2、掌握在光学平台上进展光路调整的根本方法和技能；3、学习用二次曝光法进展全息干预测量，并以此测定铝板的弹性模量；4、通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有照顾相的一些根底知识。
二、实验原理1.全息照相：全息照相所记录和再现的是包括物光波前的振幅和位相在内的全部信息。
但是，感光乳胶和一切光敏元件都只对光强敏感，不能直接记录相位，从而借助一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光之间的干预条纹，间接记录下物光的振幅和位相信息，然后使照明光按一定方向照射到全息图上，通过全息图的衍射再现物光波前，这时人眼便能看到物体的立体像。
根据记录光路的不同，全息照相又分为透射式全息和反射式全息，假设物光和参考光位于记录介质〔干板〕的同侧，则称为透射全息；假设物光和参考光位于记录介质的异侧，则称为反射全息。
（1） 透射式全息照相1) 投射全息的记录◆ 两束平行光的干预将感光板垂直于纸面放置，两书相干平行光o 、r 按照图1所示方向入射到感光板上，他们与感光板法向夹角分别为o ϕ和r ϕ，并且o 光中的两条光线1、2与r 光中的两条光线'1和'2在A 、O 两点相遇并相干，于是在垂直于纸面方向产生平行的明暗相间的干预条纹，亦即在感光板上形成一个光栅。
点衍射全息干涉仪
(a)
(b)
Fig. 2
三、误差分析
在实际工作申 3 希望能用同一张全息图检测不同的透镜。这样3 在更换透镜时有可能使
通过被检测透镜的光速不能准确地聚焦在原来制做全息图时所用的针孔的位置上，即产生
几何位置误差。这种误差将影响干涉图的条纹分布。几何位置误差可以分为: 1. 横向位置
(1)
式中 d 为针孔到准直透镜 Lι的距离， ø 是干涉图形在位移方向上的坐标，如果被测的是理
1132
2. 纵向位置误差
光学学报
6 卷
纵向位置误差是由于被视.tl 透镜的焦点和原针孔之间有一微小纵向位移引起的 3 所以这 种误差也称离焦误差。假定位移为缸，由其所引起的附加光程差为
OPD2 →恼与
〈中国科 学萌 长春光学精密机械研究所〉
提要
一、引
4血
二、原理
器 BS 分为物光束和参考光束.物光束经反射
镜且[1 反射后入射到被刷透镜 La 上 J 然后聚焦
在其焦面上的针孔 P 上。针孔大小的选择要 保证小于被测透镜所对应的爱里 (Airy ; 斑。所 以 p 虽然从被测透镜透射的波面带有像 圭 p 但是
制作全息图时所用透镜的相对孔径，就没有必要重新制作全息图。这样可大大地简化仪器
的操作J 使它不仅可从用于实验室的检测工作，也可以用于光学加工中的检测。特别是对于
显微物镜的检测来讲，传统的方法需要附加一个 Dyson 系统即J 这不仅使调整复杂化3 而且
. Dyson 系统中的各球面反射镜的缺陷将严重影响测量结果，如果用点衍射干涉仪检测，由
12 期
点衍射全息干涉仪
1133
于系统的固有像差 p 而横向和纵向位移则属于可变化的调整状态误差，此外 3 参考光束照明
二次曝光全息干涉法在测量技术中的应用
二次曝光全息干涉法在测量技术中的应用摘要：二次曝光法即在全息光路布局中，用一张全息底片分别对变形前后的物体进行两次全息照相。
这时，物体在变形前后的两个光波波阵面相互重叠，固定在一张全息图中。
如全息图用拍摄时的参考光照明，再现的干涉条纹图即表征物体在两次曝光之间的变形或位移。
二次曝光全息干涉法是简单易行的常用方法，可获得高反差的干涉条纹图。
1 引言自激光全息术发明以来，激光全息技术的应用领域和范围不断拓展，对相关技术和行业的影响越来越大，尤其是近年来随着激光全息技术与其它学科技术的综合运用，激光全息技术更展现了它的巨大应用前景。
全息干涉测量技术是全息技术应用于实际的最早也是最主要的技术之一，它把普通的干涉测量同全息技术结合起来，有如下特点:(1)一般干涉测量只可用来测量形状比较简单的高度抛光表面的工件，而全息干涉测量能够对具有任意形状和粗糙表面的三维表面进行测量，精度可达光波波长数量级。
(2)由于全息图再现的像具有三维性质，故用全息技术就可以通过干涉测量方法从许多不同视角去观察一个形状复杂的物体，一个干涉测量全息图就相当于用一般干涉测量进行的多次观察。
(3)全息干涉测量可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比，因而可以探测物体在一段时间内发生的任何改变。
这样，将此一时刻物体与较早时刻的物体本身加以比较，在许多领域的应用中将有很大优点，特别是适用于任意形状和粗糙表面的测量。
(4)全息干涉测量的不足之处是其测量范围小，仅几十微米左右。
目前，全息干涉测量技术在方法上先后发展了实时全息干涉法(单次曝光法)、二次曝光全息干涉法、时间平均全息干涉法、双波长干涉法以及双脉冲频闪全息干涉法等。
二次曝光全息干涉测量法原理简单操作方便,是测定物体微小变形的有效方法。
本文只介绍二次曝光全息干涉法的原理及应用。
2 二次曝光全息干涉法的原理及典型光路2.1二次曝光全息干涉法的原理所有干涉仪的工作原理都是比较两个或多个波面的形状。
全息干涉法在液相扩散系数测定中的应用
Ａｐ ｉ ａｉ ｎ ｆＨｏｏ ｒ ｐｈ ｃ Ｉ ｅｒｅ ｏ ｔｙ ｉ ｈｅ ｐｌ ｔｏ ｏ ｌｇ ａ ｉ ｎｔ ｆ ｒ ｍｅ ｒ ｎ ｔ ｃ
Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｏ ｑ ｉ ＇ｕ ｉ ｉ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｆＬｉ ｕ ｄ Ｄｈ ＇ｓｖ ｔ ｓ ｉ ｉ
ｍｏｃＪｏｔ ｍｅ ｕｅ ｅ ｔＴ ｉ ａｔｌ ｉｔｄ ｏｓｔｅａｐｉ ｔ ｎａｄ ｐｏｒｓｅ ｆｈｌ－ ｄｒ ｐｉ ｉ ｓ ａ ｒｍ ｎ ．ｈｓ ｒｃ ｎｒ ｕｖ ｐｌａ ｏ ｎ ｒｇｅｓｓ０ ｏｏ ｉｅ ｏ ｈ ｃｉ
ｇ ａ ｈ ｃ ｉｔ ｄｅ ｏ ｔ ｔ ｅ ｍｅ ８１ｅ ｔ ｆｌｑ ｒ ｐ ｉ ｎ ｅ ｒ ｍｅ ｘ ｏ ｔ ａ １ ｍｅ ｔ ｏ ￣ｄ ｔｕ ｉｉｉｓ． ｙ ｈ ｒ ｔ ｉ ｄｉ ｓｖ ｔ Ｔ ｅ
扩散系数比固体及气体扩散 系数 的研究更 困
难， 尚难 从 基 本 分 子 数 据 或 系 统 物 理 性 质 方
收 蔷 日期 ： ０ — ４ ０ ２ １ ０—４ ０ 基盒项目： 国家教委博士点基盒资 助项 目（ ０ ０ ０ ） ２０００５６８ 。 作者简介： 马友 光（９４一）男 ， １６ ， 安徽五 河人 ， 天津 大学化工研 究所 耐研 究员 ， 主要从事气 灌传质理 论研 究。
维普资讯
２Ｏ 年 ２ ０２ 月
Ｆｅ ｂ．狮
化
ＣＨＥ Ｃ＾ ＭＩ Ｌ
学
工
业
与
工
程
第１ ９卷 第 １ 期
ＶＤ． ９ １１
Ｎ １ ｏ．
瑚 ＷＪ ＴＲ Ｓ ￣
Ａ ＮＤ Ｅ ＤＩ ＥＢ Ｎ ＮＣ Ｅ 】 Ｇ
全 息 干 涉 法在 液 相扩 散 系数 测 定 中的 应 用
用。
全息干涉原理
全息干涉原理
全息干涉原理是一种基于光学干涉的技术，它可以将物体的三维信息记录在一张平面上，从而实现全息图的制作。
全息干涉原理的核心是光的干涉，即两束光线相遇时会产生干涉现象，这种现象可以用来记录物体的形状和位置信息。
全息干涉原理的实现需要使用激光光源和全息板。
激光光源可以产生一束相干光，而全息板则是一种特殊的光学元件，它可以记录光的干涉图案。
在制作全息图时，首先需要将物体放置在激光光束的路径上，使得物体可以反射或透过光线。
然后，将全息板放置在物体和光源之间，使得光线可以通过全息板并记录下物体的干涉图案。
全息干涉原理的优点是可以记录物体的三维信息，而且可以在不同角度下观察全息图，从而获得更加真实的物体形状。
此外，全息图还可以用于光学存储和信息传输等领域。
然而，全息干涉原理也存在一些限制。
首先，制作全息图需要使用激光光源和全息板等专业设备，成本较高。
其次，全息图的制作过程需要较长的时间和精密的操作，对操作人员的技术要求较高。
最后，全息图的观察需要使用特殊的光源和光学设备，不太方便。
全息干涉原理是一种重要的光学技术，它可以记录物体的三维信息，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，相信全息干涉原理将会得到更加广泛的应用和发展。
全息干涉与散斑干涉综述
全息干涉与散斑干涉技术综述报告全息干涉无损检测技术是无损检测技术中的一个新分支，它是20世纪60年代末期发展起来的，是全息干涉计量技术的重要应用。
我们知道结构在外力的作用下，将产生表面变形。
若结构存在缺陷，则对应缺陷表面部位的表面变形与结构无缺陷部位的表面变形是不同的。
这是因为缺陷的存在，使得缺陷部位的结构的刚度、强度、热传导系数等物理量均发生变化的结果。
因而缺陷部位的局部变形与结构的整体变形就不一样。
应用全息干涉计量技术就可以把这种不同表面的变形转换为光强表示的干涉条纹由感光介质记录下来。
而激光散斑技术是在激光全息实验中，我们观察被激光所照射的试件表面，就可以看到上面有无数的小斑点，因而观察不到条纹，因此在前期，散斑是被看作是噪声来对待的，直到随着人们对全息干涉技术的进一步了解，才发现虽然这些斑点的大小位置都是随机分布的，但所有的斑点综合是符合统计规律的，在同样的照射和记录条件下，一个漫反射表面对应着一个确定的散斑场，即散斑与形成散斑的物体表面是一一对应的。
在一定范围内，散斑场的运动是和物体表面上各点的运动一一对应的，这就启发人们根据散斑运动检测，来获得物体表面运动的信息，从而计算位移、应变和应力等一些力学量。
因此全息和激光散斑方法由于其固有的高灵敏度，在非破坏性测试领域发现了越来越多的应用。
可探测到表面及地下的裂缝、空洞、脱层和分层等缺陷。
由于这些方法测量了在外部加载或其他条件的影响下，在这三个维度下研究对象的变形，它们也可以用于质量控制，也可以用于设计阶段。
激光散斑的方法，还利用了电子检测和处理的发展(称为电视全息术)，并可用于实时定量评价。
本综述报告主要介绍利用光纤光刻技术，对全息和激光散斑测量方法进行了全面的研究，这两种方法都适用于焊接、复合材料的检验。
IntroductionHolography is a two step process of recording a wavefrontand then reconstructing the wave. While Holography is oftenused to obtain the recreations of beautiful 3-dimensional scenes,there are several engineering applications, the most common andimportant one being Holographic Non-Destructive Testing . Thisis accomplished with holographic interferometry, whereininterferometry is carried out with holographically generatedwavefronts .A speckle pattern is generated when an object with a roughsurface is illuminated with a highly coherent source of lightsuch as laser. Initially this speckle noise was considered asthe bane of holographers, until it was realized that these specklescarry information about the surface that produce them. Again,as in the case of holography, the combination of interferometric concepts with speckle pattern correlation gave rise to speckle interferometry . The developments in electronic detection and processing further added wings to laser speckle methods giving rise to Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI), or “TV Holography”. This paper describes a brief outline of holographic and speckle methods for Non-Destructive Testing applications, wherein the deformations of an object under load are measured in a non-contact way. Measurement of surface shapes using contouring and derivatives of displacement using Shearography are also presented.1.HolographyThe schematic for recording a hologram is shown in Fig.1. The light from a laser is split into two beams. One beam illuminates the object and the other beam is used as a reference. At the recording plane, an interference of theFig. 1 : Experimental arrangement for recording a hologram. wavefront scattered by the object with the reference wavefront takes place. A recording is made on a high resolution photographic plate. The developed plate, now called a “Hologram”, when illuminated by the reference wave, reconstructs the object wave. There are several recording geometries such as in-line, off-axis, image plane, Fourier Transform, reflection and rainbow holograms. The theory behind the recording and reconstruction of object wavefront is well documented .1.1Holographic Interferometry (HI)While holography is used to obtain recreations of beautiful 3-D scenes, most engineering applications of holography make use of its ability to record slightly different scenes and display the minute differences between them. This technique is called Holographic Interferometry (HI). Herewe deal with Interference of two waves of which atleast one of the waves is generated holographically.Methods of Holography Interferometry are classified as (i) Real-time HI, (ii) Double-Exposure HI, and (iii) Time average HI. In holographic interferometry, we record the holograms of the two states of an object under test, one without loading and one with loading. When such a doubly exposed hologram is reconstructed, we see the object superposed with a fringe pattern which depicts the deformation undergone by the object due to loading. The theory behind the fringe formation in HI is as follows [3]:Let the O1 and O2 represent the undeformed and deformed object waves, which are written asO1(x，y) = |O(x，y)| exp[-i Φ(x，y)] (1)O2(x，y) = |O(x，y)| exp[-i Φ(x，y) + δ] (2) where δis the phase change due to displacement or deformation of the object. The intensity due to superposition of these two waves isI(x，y) = |O1(x，y) + O(x，y)|2= O1O1* + O2O2* + O1O2* + O1* O2= I1 + I2+ 2I1I2Cos δ(3)where I1 and I2 are the intensities of O1 & O2. The Phase Difference δ is given byδ = (K2-K1).L (4)where K2 is the observation vector, K1 is the illumination vector and L is the displacement vector. Thus the evaluationof the phase δis gives the displacement. The fringes formed represent contours of constant displacement.1.2Holographic Non-Destructive Testing (HNDT)This powerful technique of Holographic interferometry, is an invaluable aid in Engineering design, Quality Control and Non-Destructive testing and Inspection. In HNDT, the object under study is subjected a very small stress or excitation and its behavior is studied using HI.The defects in the object can be spotted as an anomaly in the otherwise regular fringe pattern. HNDT is a highly sensitive, whole-field, non-contact technique and is applicable to objects of any shape and size. The types of excitation used for HNDT are mechanical, thermal, pneumatic or vibrational. Defects such as cracks, voids, debonds, delaminations, residual stress, imperfect fits, interior irregularities, inclusions could be seen. HNDT is applied to inspect the disbonds between the plies of an aircraft tyre, delamination of the composite material of a helicopter rotor blade, PCB inspection, rocket castings, pressure vessels, andso on.Use of double-pulsed laser makes HI more attractive for study of transients and impact loads. Fig.2 shows the double exposure hologram of a turbine blade subjected to an impact loading (recorded using a double-pulsed Ruby laser).Fig. 2 : Double-pulse hologram of a turbine blade impact loaded with a small metallic ball.Time average HI, wherein a hologram of a vibratingobject is recorded, provides information about the modes and the vibration amplitudes at various points on the object. Figs.3(a) and (b) show the time average holograms of a rectangular plate vibrating at 1826 Hz and 5478 Hz, from which the resonant mode patterns could be easily studied . In HNDT, this technique is used for study of vibrations of machinery, car doors, engines and gear boxes and to identify the points where they should be bolted to arrest the vibration and noise.Fig. 3 : (a) and (b) Time averaged hologram of a centrally clamped plate at (0,0) and (1,0) mode when vibrated at 1826 Hzand5478Hz respectively2 22 22. Electronic Speckle Pattern Interferometry(ESPI)Recent holographic applications in engineering use a video camera for image acquisition, which is coupled to a computer image processing system. This is termed as TV Holography, though technically called Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI). The technique makes use of the speckle pattern produced when an object with a rough surface is illuminated with a laser [4-6]. The correlation between the speckle patterns, before and after an object is deformed, are carried out using image processing techniques. Figure 4 shows the schematic of an ESPI system. The object is illuminated by the light from a laser and is imaged by a CCD camera. An in-line reference beam, derived from the same laser, is added at the image plane. The specklecorrelation is carried out by storing an image while the object is in its initial state, and subtracting the subsequent frame fromthis stored frame, displaying the difference on the monitor. When the object is subjected to some loading or excitation, the correlated areas appear black while the uncorrelated areas would be bright, resulting in a fringe pattern. As in HI,the fringes represent contours of constantdisplacement of the object points.The fringe formation in ESPI is well documented . The intensity distributions I 1(x,y) and 12(x,y) recorded before and after the object displacement respectively can be written asFig. 5 : Measurement of Poisson’s ratioI I (x,y) = a 1 +a 2 + 2a 1a 2 cos(ϕ) (5) I 2(x,y) = a 1 +a 2 + 2a 1a 2cos(ϕ+δ) (6)Fig. 4 : Experimental arrangement for ESPIFig. 6 : (a) Delamination in a plate (b) Longitudinal crack in asteel weldmentwhere a 1 and a 2 are the amplitudes of the object and reference waves, δ is the phase difference between them and ϕ is the additional phase change introduced due to the objectmovement. The subtracted signal as displayed on the monitor is given by,I 1 - I 2 = 4 |a 1a 2 Sin[ϕ + (δ/2)] Sin (d/2)|(7)Thus we find the brightness is modulated by a sine factor of the phase. The brightness on the monitor is maximumFig. 7 : Fiber Optic Shearography systemwhen δ = (2m +1)π and zero when δ = 2m π, which producesa fringe pattern on the monitor. The phase change δ is given by equation [4], the same as in holography. Figure 5 shows such an interferogram obtained by ESPI with a plate subjected to four-point bending, from which the Poisson’s ratio of the material of the plate could be calculated directlyfrom the smaller angle between the asymptotes of the hyperbolic fringes [8]. Figure 6(a) shows the delamination between two plates bonded together, while Fig. 6(b) shows a longitudinal crack in a weldments [9].4. Shearography In Shearography, we generate correlation fringes which are contours of constant slope of the out-of-plane displacement of an object under study . In this technique, one speckle field is made to interfere with the same speckle field, but sheared with respect to it. The subtractive correlation of the speckle patterns of the deformed and undeformed yields the derivatives of the displacement profile. Figure 7 shows the schematic of a fiber optic Shearography system. A double image of the laser illuminated object is made on the CCD camera. A small shear is introduced between the two images by tilting one of the mirrors. Incorporation of fiber optics makes the system very compactand the technique applicable to objects at inaccessible locations. Shearography is a very useful tool in experimental stress analysis and NDT as well. With the use of phase shifting techniques, the fringe patterns can also be automatically processed by the computer to obtainquantitative 3-dimensional plots . Figure 8 shows the results of an NDT application of Shearography to detect delamination in glass fiber reinforcedplastic (GFRP). The GFRP specimens were prepared withunidirectional glass fiber mat and epoxy resin with and without programmed defects. The defects were introduced by placing a thin Teflon film of 10 mm diameter and thickness 0.23mm between the layers of glass fiber mat during the lamination. Four layers of Glass fiber mat were used to make the laminate. The specimens were made in the form of circular diaphragm. The diaphragm was clamped along the edgesanFig. 8 : Slope fringes obtained on a circular GFRP specimen which was (a) Defect free (b) Having a programmed delaminationloaded mechanically at the center. The optical configuration of Fig. 8 was used, which is sensitive to the slope of the out- of-plane displacement. Figure 8(a) shows the fringes obtained with a defect-free specimen, while Fig. 8(b) shows the fringeswhen a delamination was introduced between the third and fourth layers. The defect site could be easily seen as a localized fringe. 全息无损检测主要还是采用全息干涉计量技术的三种方法进行，即实时全息干涉法，两次曝光全息法和时间平均全息干涉法。
全息投影与光的干涉
干涉在光谱分析中的应用
光谱分析：通 过分析光的干 涉现象，可以 获取物质的结 构和性质信息
应用领域：干 涉在光谱分析 中广泛应用于 化学、生物、
材料等领域
原理：光的干 涉现象是由于 不同频率的光 波在传播过程 中相互叠加， 形成干涉条纹
实验方法：通 过测量干涉条 纹的间距、强 度和形状，可 以分析出光的 频率、相位和 偏振状态等信
全息投影技术的未 来发展前景广阔， 有望在更多领域得 到应用。
全息投影技术的发 展需要多方面的支 持和合作，包括政 府、企业、科研机 构等。
全息投影技术的发展趋势
技术进步：全息投影技术将更加成熟，分辨率和色彩还原度将不断提高。
应用领域：全息投影技术将在医疗、教育、娱乐等领域得到更广泛的应用。
市场需求：随着人们对视觉体验的要求不断提高，全息投影技术的市场需 求将持续增长。 创新融合：全息投影技术与其他技术的融合，如虚拟现实、增强现实等， 将带来更多创新应用。
会产生干涉现象
全息投影的应用：在医疗、 教育、娱乐等领域有广泛
应用
干涉对全息投影的影响： 干涉效果越好，全息投影
的图像质量越高
4
全息投影技术的发展前 景
全息投影技术的现状
全息投影技术已经 广泛应用于各种领 域，如娱乐、医疗、 教育等。
全息投影技术的发 展已经取得了显著 的成果，但仍然存 在一些技术难题需 要解决。
象
干涉条纹：干 涉现象中，光 波叠加形成的 明暗相间的条
纹
干涉条件：两 束光的频率相 同、相位差恒 定、振动方向
相同
干涉图样：干 涉条纹的形状 和分布与光源、 观察角度等因
素有关
干涉的条件
两列光波的频 率相同
全息照相的拍摄原理原理
全息照相的拍摄原理原理全息照相是一种利用相干光的干涉原理记录并再现物体的全息图像的技术。
全息照相的拍摄原理主要包括：1. 干涉原理：全息照相利用光的干涉现象来记录物体的全息图像。
干涉是指两束或多束光波相遇时的相互作用，其结果是波的叠加。
在全息照相中，拍摄物体的光波与参考光波发生干涉，形成了干涉条纹，这种干涉条纹携带了物体的三维信息。
2. 激光光源：全息照相需要一束高度相干的激光光源。
激光具有高度单色性和相干性，能够产生稳定的干涉条纹，并提供足够的光强用于记录全息图像。
3. 分束镜：分束镜是全息照相中的一个重要光学元件。
它将来自激光器的光分成两部分，一部分是直射到拍摄物体上的对象光，另一部分是被称为参考光的光束。
4. 物体光与参考光的干涉：当分束后的对象光照射到物体上时，它会被物体表面反射或透射，形成物体光。
同时，从分束镜反射出来的参考光也照射到物体上。
5. 干涉记录：物体光与参考光在感光介质上发生干涉，并记录下干涉条纹的信息。
感光介质可以是光敏薄膜、干板或者像素阵列等。
6. 全息图像再现：全息照相的关键在于再现全息图像。
再现时，使用与记录时相同的光源，将记录下来的全息图像照射得到物体光和参考光。
物体光与参考光再次发生干涉，干涉条纹会产生光学衍射，通过成像系统或像素阵列可以看到再现的全息图像。
总结起来，全息照相的拍摄原理主要是利用光的干涉现象来记录物体的全息图像。
通过利用激光光源、分束镜和感光介质，物体光和参考光发生干涉并记录下干涉条纹，再利用相同的光源再现全息图像。
全息照相的拍摄原理使得它能够记录和再现物体的三维信息，具有广泛的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
全息干涉的研究现状
Introduction
全息干涉是一种能够静态和动态的检查有粗糙表面的物体位移的技术，测量的精度可以达到光学干涉的精度（小于光线的波长）。
这种技术也可以用来检测透明介质中的光路长度的变化，因此可以显示并分析液体的流动。
它也可以用于产生物体表面的等高线。
目前这种技术被广泛的用于测量机械结构的应力、张力和震动情况。
全息干涉用于测量变形：
利用全息照相获得物体变形前后的光波波阵面相互干涉所产生的干涉条纹图，以分析物体变形的一种干涉量度方法，是实验应力分析方法的一种。
采用全息照相术，能将沿同一光路而时间不同的两个光波波阵面间的相互干涉显示出来。
物体变形前，记录第一个波阵面；变形后再记录第二个波阵面。
它们重叠在全息图上。
这样，变形前后由物体散射的物光信息，都贮存在此全息图中。
将全息图用激光再现时，能同时将物体变形前后的两个波阵面再现出来，由于这两个波阵面都是用相干光记录的，它们几乎在同一空间位置出现，具有完全确定的振幅和相位分布，所以能够相干而形成明暗相间的干涉条纹图。
对于具有漫反射表面的不透明物体，条纹图表示物体沿观察方向的等位移线；对于透明的光弹性模型，例如有机玻璃模型，则表示模型中主应力和等于常数的等和线。
全息干涉法的主要内容是研究条纹图的形成、条纹的定位，以及对条纹图的解释。
常用的全息干涉法有：
双曝光法又称两次曝光法。
在全息光路布局中，用一张全息底片分别对变形前后的物体进行两次全息照相。
实时法又称即时法。
用全息照相记录物体未变形时的散射光的波阵面。
将全息底片显影，就得到全息图。
均时法用全息照相对周期变化的物体长时间曝光以获得全息记录，又称时间平均法。
用全息图再现物光的波阵面，可将相位关系全部再现出来，所以能用再现的波阵面进行干涉测量。
在激光器出现以前，要用普通的光学干涉法对表面粗糙的物体进行三维测量是极其困难的。
若采用全息干涉法，就可实现分时干涉测量，换句话说，能使存在于不同时刻的波阵面之间的干涉显示出来。
由于物光波阵面之间相互干涉时不需要基准波面，所以此法不受光学系统的象差等因素的影响。
全息干涉法是一种非接触式的全场检测方法，它对所测物体的工作条件和环境，如静态载荷、动态载荷、高温、高压等，都没有严格限制，并有较高的检测灵敏度和精度（达到光波波长数量级）。
全息图再现时，由于物光波阵面的三维性质，可以从不同的视角对一个复杂的物体进行全息干涉量度。
全息干涉法对所用的光学元件的质量和安装调试的要求，也远远低于普通光学干涉法。
全息干涉法可应用于三维位移场的定量分析（见位移场全息干涉分析），应变和应力分析（见全息光弹性法），例如对精密机床的模型或实物的变形进行观测研究；用均时法或频闪法分析振型和振幅，如对涡轮叶片的振型（见图[涡轮叶
片在不同激振频率下的振型（均时法）和螺旋桨振动问题的研究;测定裂纹张开位移和应力强度因子；研究材料的力学性能，例如测定受弯平板的泊松比；还可望对热应力和残余应力的研究作出定量评价；在无损检验中，可用它检测裂纹，这对于研究蜂窝板和轮胎一类的组合材料的内部缺陷，确是一种行之有效的检测手段。
全息干涉用于计量：
全息干涉的相干光束是由同一系统产生的。
因而可以消除系统的误差、降低对光学元件的精度要求。
全息干涉计量能实现高精度非接触无损三维测量，对任意形状、任意粗糙表面的三维漫反射表面的物体，都能相对分析测量到波长数量级的水平，同时还可以对一个物体在2个不同时刻的状态进行对比，从而探测物体在一段时间内发生的任何变化。
全息干涉测量技术已与莫尔技术、光电检测技术、CCD数据采集技术、计算机技术等结合起来，实现了自动、快速、准确的实时测量。
目前，全息干涉计量分析在无损检验、尺寸形状和等高线的检测、振动分析等领域中已得到广泛的应用。
全息干涉计量是全息应用的一个重要领域。
全息干涉计量可广泛应用于物体的检测, 特别适用于对形状比较复杂的物体进行检测。
它作为一种检测技术, 可测材料、工件的损伤缺陷、应力、形变等, 如对汽车轮胎和飞行器部件的检测, 文物、艺术品的维修和检查等。
由于全息图像具有三维性质, 所以利用全息技术, 通过干涉计量的方法, 使我们从许多不同的观察角度来考察一个形状和结构比较复杂的物体。
全息干涉计量还可以对同一物体在两个不同时刻进行比较, 因而可以探测物体在这段时间隔内所发生的细微形变和位移, 准确度可达到光波波长数量级。
利用脉冲激光光源, 可以将同一机械零件在静态和动态两种不同条件下的形态进行比较。
还可以记录应力波在介质中的传播, 也可以抽样描述非稳态场的特征、建立过程。
另外, 可利用微机处理技术将全息图进行数字处理。
全息干涉用于生产：
全息干涉技术还被用于一个实际产品( 硬盘驱动器) 的无损在线检测。
结果表明: 模塑J 引线封装体( PLCC) 和PCB 由于中心热源及材料的热膨胀系数差而导致离面弯曲变形; 沿器件边缘, 引线和焊点经历了非共面的离面变形; 通过正常硬盘驱动电路板和失效板的干涉条纹数量的对比, 能快速简捷地检测板的质量。
全息干涉测量法在微电子技术可靠性分析领域有广泛的应用前景。
70 年代初开始发展起来的表面安装技术( SMT) , 已向高密度、超小型化方向发展, 长期与之伴随的焊点可靠性问题更成为人们关注的最关键的问题之一。
无论是在封装、焊接以及环境温度变化的热循环中, 还是在反复电开关的功率循环过程中, 伴随升温降温的往复温度变化, 表面安装组件( SMA) 会产生三维热变形。
由于组件各部分的材料不同并且存在着温度梯度, 因而, 在表面安装器件( SMD) 和印制电路板( PCB) 之间将产生热膨胀失配, 使焊点承受周期性的热
应力, 进而导致疲劳失效。
在热循环中, 剪应变失配是焊点失效的主要原因; 而在功率循环中, / 点热源0的离面弯曲变形是主要的热变形模式。
精确测量SMD 和PCB 的热变形及其变形分布, 对分析焊点的疲劳性能, 组件的失效模式以及
优化产品设计、改善产品的使用条件是十分重要的。
几何云纹法被用于测量多层印制电路板在热循环中的翘曲变形, 该方法的
灵敏度较低;全息干涉和云纹干涉测量技术具有高精度、非接触性、全场分析的
优点, 前者主要用于测量面外变形, 而后者主要研究面内变形。
云纹干涉测量需要在被测样品表面复制高密度衍射光栅( 一般为1200 线/ mm) , 要求试件有很
高的平面度; 另外, 光栅制作技术水平也会影响测量的精度。
全息干涉技术不需要对样品表面作特殊处理, 该方法不受表面安装元件布
局及复杂形状的限制, 既适用于单个器件的变形研究, 又可以对具有多个元件的实际产品进行研究。
80 年代初, 双曝光全息干涉技术被引入对焊有LCCC PCB
在功率循环热稳态下的离面变形场的研究中。
在假定LCCC 具有较高的硬度, 因而可忽略其变形行为的前提下, 对PCB 背面不包含器件的一面进行了测试。
事
实上, 对于大多数SMT 组件而言, SMD 和PCB 均会发生不同程度的变形, 从而导致SMD 及焊点的复杂变形。
因此, 对包含SMD 的一侧进行测试是十分必要的。
用双曝光全息干涉技术对SMD 和PCB 进行检测, 实际上是一个/ 二体0测量问题, 所以,存在需要解决由SMD 边缘到PCB 干涉条纹的/ 缺级0问题。
为此, / 搭桥0技术被引入功率循环中PLCC( plastic leaded chip carrier)-PCB 试样热稳态的
离面变形场分析中。
数字技术引入干涉分析：
传统的光学全息干涉术可以实现对三维物场的变化进行高灵敏度测量, 但全息图底片处理过程的非实时性却大大限制了其实际应用。
高分辨率及高速计算机技术的发展使得对全息图的数字化处理成为可能。
目前用于全息干涉测量的数字处理方式有两类, 一类是利用相移原理通过直接计算多幅相移全息图的强度分布而获得物场的相位变化, 称为电子散斑干涉术(E S I〕，另一类是利用数字模拟全息图的衍射再现原理通过快速傅里叶变换及频谱滤波而获得物场的振幅和相位变化, 称为电子学全息干涉术或数字全息干涉术。
数字全息由Goodman提出, 其记录光路和普通全息完全相同, 全息直接记录在CCD 上并数字存储, 数字再现没有了光学全息的湿处理过程, 记录和再现过程都要比普通全息方便快捷、简单由于数字全息对记录设备精度和计算机性能要求较高, 所以, 此方法在提出后很长一段时间一直没有什么进展。
近些年来, 随着计算机速度及容量的大幅度提高, 数字全息的实验研究才全面展开，数字全息可重构被记录物体的复振幅分布, 也就是强度和相位信息可以同时获得, 因此能方便地用来进行多种测量。
与电子散斑干涉术相比,电子学全息干涉术可以一次性地完成全息图的记录、再现、测量、数据处理和结果输出, 并且由于可以直接计算出物场的复振幅分布, 因此具有很高的测量灵活性。
如对同一物场连续记录的多幅全息图进行任意组合叠加, 从中方便地测量出参与叠加的两个物场间的差异，或者通过相位倍增方法增大干涉条纹密度，从而有效提高测量精度。
此外, 电子学全息干涉术不仅可以用于可见光波段, 而且也可以用于其它波段、或声波、电子波8[] 等全息图的记录和重现。