实验六用二步法拍摄彩虹全息图
实验六 用二步法拍摄彩虹全息图
实验六 用二步法拍摄彩虹全息图一、实验目的（1）知道彩虹全息图可以用白光再现的原理。
（2）了解母全息图的拍摄特点及减小母全息图再现像的波像差技术。
（3）掌握二步法拍摄彩虹全息的方法。
（4）了解空间信息通道的原理。
二、原理概述1．什么是彩虹全息离轴全息图不能用白光再现的原因是因为色模糊造成的，为了在像面全息图的基础上进一步减小像全息图的色模糊，人们发展出了彩虹全息图。
所谓彩虹全息图实际上是在同一张干板上，同时拍摄记录下了两个物体的全息图，其一是物体的像面全息图，另一是一条距干板为明视距离(通常为25cm)的矩型狭逢的离轴全息图，如(图6-1)所示。
彩虹全息的出现开创了全息显示技术，用白光再现的全息图主要用来显示物体的三维形像，故叫做显示全息，它是别的显示方法不能代替的。
彩虹全息再现时，物体的实像浮在干板上，狭逢的实像呈现在干板前。
观察时人眼只有通过狭逢实像，才能看到物体的像，狭逢实像起了一个限制观察视角的作用（信息通道作用）。
由于是用白光再现，所以每一个波长的光都能再现出一个物像和狭逢实像，它们具有不同颜色。
它们一一对应，通过某一颜色的狭逢，只能看到同一颜色的物体。
由于狭逢在干板前的位置较远，所以错开位置也较大(即色散较大)，这样更易把不同颜色的狭逢实像分离而不重合，也就达到了把物像也分开的目的。
这样就在更大的成度上消除了色模糊，实现了白光再现。
由于可以看到由红到紫的物体图像，就似彩虹一样，这就是彩虹全息的由来。
因为要成像于干板上，按成像方法的不同可分为一步法和二步法。
2．拍摄彩虹全息图时狭缝物像位置的计算当参考光和再现光都是平行光时，狭缝的物像的位置坐标公式为μO I l l ±= (6-1) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±=R C O O I l x x ααμcos cos 1 (6-2) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛±=R C O O I l y y ββμcos cos 1 （6-3)(图6-1)用白光再现彩虹全息图式中O α，O β为物光的两个方位角，R α，R β为参考光的两个方位角，C α，C β为再现光的两个方位角，I α，I β为再现像光束的三个方位角。
彩虹全像片
• 使用白光重建一般全像片的問題：
密密麻麻的干涉條紋， 可視為光柵的一種
白光 (重建光)
全像片
模糊的影像 (像差)
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色散現象的藝術照
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• 使用白光重建的全像片： (1) 彩虹全像片 (2) Lippmann全像片 (3) 複合式彩虹全像片 (4) 壓印式全像片
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彩虹全像片： 1968年，麻省理工學院 S. A. Benton所提 研究全像電視
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攝製主全像片 翻拍成光阻劑全像片
做成金屬模版 熱印
鍍鋁金屬反射膜 切割、黏貼等加工
銀鹽全像片 光阻劑
光阻劑全像片
鎳金屬模版 透明塑膠膜
穿透型全像片 鋁膜
反射型全像片
壓印式全像片之製造過程
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光子晶體：
基本概念：
1987年， 美國UCLA電機系Eli Yablonovitch教授： 以降低自發輻射之能量浪費，構思新的雷射結構，發 現光子能隙(photonic band gap)結構圍繞著原子方式 之可行 加拿大Toronto大學物理系Sajeev John教授： 以電子可被有缺陷的晶體所侷限(localization)，類推 光子可被光子晶體的缺陷所侷限。
像能力 • 當時缺乏理想光源(同調光源)，成為
想像中的技術
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• 1960年，雷射(laser)發明 • 1962年，美國蜜西根大學E. N. Leith和
J. Upatnieks首次驗證全像術 • 1971年，D. Gabor獲諾貝爾物理學獎
“Train and Bird”(1964年)
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全像術與一般攝影術不同之處：
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Electro-optics：電的效應扮演角色之光學元件(例 如：雷射、光電調制器、光開關) Optoelectronics：本質為電但包含光的元件或系 統(例如：發光二極體、液晶顯示器、陣列光偵測 器) Quantum electronics：基於光與物質交互作用之 元件與系統的聯結(例如：雷射、使用於光學放大 之非線性光學元件、波的混合) Quantum optics：關於量子和光的同調性質之研 究領域 Lightwave technology：描述使用於光通訊或光 學訊號處理之元件與系統
全息原版制作的原理与工艺
全息原版制作的原理与工艺彩虹全息概述从商品包装的角度考虑，包装防伪标识不仅应该具有较强的防伪功能，而且更重要的是当在包装上使用了防伪标识后，标识不仅不破坏原来包装图案的整体协调感和装潢效果，而且应该增强原包装的装潢促销功能。
目前常用的全息防伪标识主要采用彩虹全息图。
所以本书重点介绍彩虹全息图的制作工艺。
彩虹全息是用激光记录的全息图，用白光再现单色或彩色像的一种全息技术，从再现像与原物色彩之间的异同，彩虹全息又可分为假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息两类。
彩色彩虹全息的基本特点是在记录系统中适当位置加入一个狭缝，其作用为限制了再现光波,以降低图像的色模糊，从而实现白光再现单色或彩色像。
彩虹全息首先由本顿受到全息图的碎片能再现物体完整像的启发，在1969年以二步记录全息（二步彩虹全息）的方式提出的。
二步彩虹全息先记录一张离轴菲涅耳全息图（称主全息或掩膜），如图1（a）所示。
用记录主全息时的逆参考方向的共轭光照明主全息图，使其再现孪生实像，靠近主全息放一个宽为a的水平狭缝S，以限制衍射光束即以狭光束构成孪生实像，如图1（b）所示。
这样记录的全息图即为二步彩虹全息。
用再现白光照明这彩虹全息时，物体和狭缝的再现像将激光记录时，再现像束中红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色波长光的再现像和狭缝像处在不同的位置，这样，在不同波长狭缝像的位置即看到不同颜色的像，这就是能用白光照明全息图再现单色像的原因。
如果人眼沿z轴移动，使几种颜色的光进入眼睛，就会观察到像的颜色像雨后天空中的彩虹一样，这就是彩虹全息命名的由来。
因为本顿提出的二步彩虹全息要记录二次全息图，手续较繁，易产生噪声，且不能对再现像的颜色的观察方位作设定。
所以，后来发展了一步彩虹全息、加场镜的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、无狭缝彩虹、无透镜彩虹、条形散射屏综合狭缝彩虹、编码二步彩虹和零光程差彩虹全息等多种彩虹全息技术。
考虑到商品包装对防伪标识应具备能用专色表示品牌特色的功能，能通过景特色彩的设计，景特纵深感强、装潢效果好和色彩鲜艳多变引人注目等要求，本书仅介绍具有色彩编码功能的彩虹全息的制作工艺。
彩虹雨实验步骤和原理 展板
彩虹雨实验步骤和原理展板一、实验步骤。
做彩虹雨这个实验可有趣啦。
准备材料：食用油、食用色素（最好有红、黄、蓝等不同颜色）、透明的瓶子或者杯子、水。
先把食用油倒入瓶子里，油要多倒一些哦。
就像给瓶子穿上一层厚厚的油衣裳。
接着呢，在油里滴入食用色素。
你可以把色素想象成一个个彩色的小水滴。
你看，当色素滴进油里的时候，它并不会像在水里那样马上散开，而是形成一个个彩色的小珠子在油里滚动呢，就像彩色的珍珠在油里玩游戏。
然后把这个装了油和色素的瓶子放在一边，再拿一个大一点的杯子或者盆子，在里面装上水。
最后把装着油和色素的瓶子慢慢倾斜，让油和色素的混合液慢慢流到水里。
这时候，奇迹就发生啦！你会看到像彩虹一样颜色的“雨滴”从油里落下来，在水里散开，就好像天空中下起了美丽的彩虹雨。
二、实验原理。
那为什么会出现这样漂亮的彩虹雨呢？这里面的道理其实也不难理解呢。
油和水是不能互相融合的，就像两个性格不合的小伙伴。
油比水轻，它会浮在水的上面。
而食用色素呢，它在油里不能溶解，但是在水里可以溶解。
当我们把油和色素的混合液倒入水中的时候，油带着色素珠子慢慢下沉，一旦色素珠子碰到水，就像找到了自己的家一样，立刻就溶解到水里去了，于是就出现了像彩虹雨一样的美丽景象。
我给你们讲个小例子呀。
就像一群彩色的小蚂蚁，它们本来被困在一片油的海洋里，到处乱爬。
当这个油的海洋靠近水的时候，小蚂蚁们一看到水，就纷纷跑向水里面，然后在水里散开，就形成了我们看到的彩虹雨啦。
这个彩虹雨实验是不是很神奇呢？大家都可以自己动手试一试，感受一下这种奇妙的现象哦。
彩虹全息和傅里叶变换全息
实验二一步彩虹全息实验一、实验目的1.掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法2.制作一张一步彩虹全息图，在白光下观察其重现的像。
二、实验原理彩虹全息是像全息与狭缝技术相结合的产物，可以在白光照明下重现物体的像。
彩虹全息在被摄物和全息干板之间置一狭缝，再现物像时，也再现了狭缝像。
如果用白光照明，眼睛在狭缝像位置观察，可见特定波长光的再现像，而当实现沿垂直于狭缝像方向移动时，再现像也随之按彩虹色序发生变化。
彩虹全息图有各种不同的记录光路，如图1、2。
图1 一步彩虹全息实验图（一个全反镜，不加狭缝，可记录像全息图）三、实验步骤下面是以图2为实验光路图的实验步骤，图1光路图类似。
1、打开激光器，先摆放分束镜、2个全反镜、干板和载物台，使物光和参考光的光程相等（误差不超过2cm）。
注意：物体到干板的距离为45cm（假设成像透镜L的焦距为110mm，物体放在透镜前2倍焦距处，在透镜后2倍焦距处成等大倒立的实像，干板放在实像后1cm处）；物光与参考光的夹角θ在30°~60°；参考光光点位于干板中心；参考光与物光的光强比在4:1-8:1之间。
2、将2个准直镜（透镜焦距为190mm和300mm）分别放入物光和参考光光路中，调节透镜位置和高低，使两路光的光斑中心位于干板中央。
3、将2个扩束镜分别放入物光和参考光光路中的透镜前焦点上，使从透镜射出的光为平行光。
4、将物体放置在载物台上，用白屏或白纸观察物体的影子，物体影子应位于平行光斑的中央。
注意：物体躺倒放置；5、将焦距为110mm的透镜放在距物体22cm的地方，将在干板前1cm处可以观察到清晰的物体的像；调节物体的方向，观察物体的像，找反射最强的方向。
6、将狭缝（水平放置）放在物体与透镜之间，且与透镜的距离大于11cm，在干板架后面用毛玻璃寻找狭缝的像，通过狭缝的像观察物体的实像是否完整，若狭缝的像左右不全，可适当加大狭缝宽度或更换更小的物体。
7、曝光、显影、清水、定影、清水。
彩虹全息图
全息技术研究天
全息元件
多功能化
智能武器
智能机器人
全 息
全息检测
无损检测 （用于工程领域）
全息显示
立体图画
全息动画
全息电影
模拟军事演习
全息存储
1
第九章
第1节
引言
全息显示
假彩色显示 真彩色显示
合成全息显示
全息图像显示方法
激光记录，激光再现 激光记录，白光再现(全息显示主要研究内容之一)
3
概念 回放
白光再现反射全息
—— 丹尼苏克 全息图
Denisyuk hologram
记 录 光 路 H
Laser
仅当
再现像 特点 λ=λ0 时 满足 布喇格条件
白光
H
4
单 色 像
白光再现反射全息
属性
反射型 体积全息图
记录条件
激光记录
选择反射率较高的物体
干板胶面朝向物体
物体尽量靠近干板
再现照明条件
白光照明再现
再现像特点
单色再现像，波长与记录波长相同
用 途
白光反射全息技术是实现 彩色全息 的重要基础
5
像面全息
方法一 —
概念 回放
透射型
R O’
透镜成像法（一步法）—
L
记录
O
H C=白光 O’
再现
原光路再现
H
6
概念 回放
像面全息
方法二 无透镜法（二步法）
记录
第1步 记录菲涅耳全息图 用平行参考光
移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再
会出现色模糊，于是达到了白光再现的目的。
第七章 光全息术2-像全息图、彩虹全息图1
UH ℱFOℱFROO fx , f y R fx , f y
O ( xo , yo ) exp [ - j2 ( fx xo f y yo ) ] d xo d yo Ro exp [ j 2 fx b] fx = xf / ( λf )、fy = yf / ( λf )，xf﹑yf为透镜后焦面的空间坐 标，f为透镜焦距
第二步
制作彩虹全息图 H2 以 H1 的共轭实像为“物”， 通过狭缝 S 记录彩虹全息图 H2
H2
S
R1*
记录
O’
R2
H1
再现
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用单色光再现（共轭光）
R2* (单色光）
H2
S’
再现
在观察再现像时，仿佛也是通过狭缝去看。
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
全息激光幻彩第一币（藏品赏析）
• “幻”是奇异的变化，“彩”是各种颜色的交织。 这两个字组织到一起，幻中有色，色中有变，变中 有新，新中有奇，奇中有绝。这种幻彩表现在金银 币上，自然灵光四动，流光溢彩，别有一番奇妙风 采。2004年9月推出的《全国人大成立50周年》纪 念金银币，是我国贵金属纪念银币生产首次采用全 息激光工艺技术，此套纪念金银币就有这种特殊的 幻彩效果。
§5-4 平面全息图
2、傅里叶变换全息图
再 现 光 路
第三项U：f 3 ℱ 1 R0OF fx , f y exp j2 fxb
RoOF fx , f y exp- j 2 fxbexp j2 fx x 'o f y y 'o dfxdf y
彩虹全息
Rainbow Hologram 彩虹全息图
全息图通过一狭缝记录，在观察再现像时，仿佛也是通 过狭缝去看。 如果再现波长不同于记录波长，由于引入了放大效应， 再现出的波就显得好像是来自一个位移了的缝。
如果用白光再现，再现出的波好像是通过许多位移了 的缝看到的物体，每个缝的像有不同的波长（颜色）。
R2* (单色光）
再现
H2
S’
在观察再现时，仿佛也是通过狭缝去看。
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用白光再现（共轭光） R2* (白光)
H2
红 黄绿 蓝 紫
彩 虹 像
再现
狭缝像
一步彩虹全息图
1978年杨振寰等人发明了一步彩虹全息摄 影技术。彩虹全息图实质上也是一种像面 全息图。不同的是拍摄一步彩虹全息图时 在物和干版之间加一个狭缝，并且透镜成 的实像可以离开干版一段距离，所以再现 立体效果比像面全息图要强一些。可使狭 缝紧靠透镜，取铅直方位。缝宽没有严格 限制，可在０.５～８ｍｍ之间选择。
世界上最难伪造的钞票
• 面额：20英镑 国家：英国 最新版20英镑面值的钞票有一个显著的全息条。 一旦将钞票倾斜，全息条上的图像能在英镑标志 和数字"20"之间来回转换。
彩虹全息图
白光显示周视全成彩虹全息
演全 唱息 会投
影 打 造 的
初 音 未 来
——
一步彩虹全息图拍摄光路
两步法和一步法彩虹全息比较
• 二步法优点： 记录全息图的观察范围比较大，采取合适
的记录光路有较大的能量利用率 缺点：二步记录制作过程比较烦琐， 全息图的噪声较大
二步法像面全息图的制作
实验三、四二步彩虹全息图的记录与再现[实验目的]1、了解二步彩虹全息图的原理；2、掌握二步彩虹全息技术中母全息图的制作方法；3、进一步掌握全息光路的设计和排布技巧；4、学会分析全息再现像的质量。
[仪器用具]激光器，反射镜（若干），分束镜（2套），针孔滤波器（3套），大孔径非球面透镜，毛玻璃，平晶，量角器，干板架，曝光定时器，照度计，被记录的目标物，全息干板[实验原理]请参阅《信息光学基础》p218—p221 “三、彩虹全息”[实验内容]二步彩虹全息图的记录包括两个步骤：“实验三”完成第一步：记录主全息图H1；“实验四”完成第二步：记录彩虹全息图H2。
一、光路的设计和排布请根据彩虹全息原理和实验台具体情况，分别设计记录H1的光路1和记录H2的光路2。
要求：对物体采用双光束照明。
提示：最好设计一种两用的光路，只需移动少量光学元件，即可从光路1改变到光路2。
光路设计原则是：1）应保证全息平台和支架的稳定，因为全息图记录的是干涉条纹，这种条纹的密度一般是每毫米几百条，甚至上千条，以至轻微的震动都会影响全息图的质量。
所以在记录过程中，环境的震动应尽可能小，而且在对全息干板曝光之前要静台至少两分钟；2）光学元件必须调到共轴，光束走向应相对于台面保持平行，以获得一致的偏振态，避免相干不完全；3）对物体照明要均匀，物体散射的光要照射在全息干板上。
对于表面光亮的物体最好用散射光照明；4）选取合适的物参夹角。
为了观察时方便，避免再现时照明光的干扰，应使再现光的入射角大一些，但由于记录介质分辨率的限制，角度也不能太大，对于银盐干板，一般取θ< 45°；5）选取合适的物参光强比,通常取（I R/I O）∈(1/2,1/10) 。
由于物光是漫射光，物光之间的干涉也会在记录介质上产生干涉条纹，这将对成像条纹起干扰调制作用，降低正常条纹的对比度，使I R< I O可相对降低这种调制的影响；二、制作彩虹全息图要求：1、第一次实验课，利用自行设计的光路1，记录主全息图H1；2、第二次实验课，利用上一次记录成功的H1，在光路2中完成H2的记录。
实验十六--彩虹全息图的制作
128 实验十六 彩虹全息图的制作实验目的制作彩虹全息图并在白光下观察其再现像。
实验方法第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。
第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。
这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。
实验光路如图3所示。
实验步骤（制母板步骤省略）1．首先按图3调好光路。
2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。
（这时可挡掉R 2）。
3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。
（可调连续分束镜或在参考光路中放置衰减镜）。
4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。
曝光时间，He －Ne 激光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。
全息干板图1 母全息图图2 第二块全息图1295．经显影、定影和漂白后的干板在白光下观察其再现现象。
注意事项1．狭缝大小和方向的选择：狭缝大小选取由虹全息来说希望越窄越好。
越窄色彩越纯，但太窄物光强太弱，不便观察，也不容易拍照。
至于狭缝方向水平放置与垂直放置均可，只是观察时移动方向不同，依习惯而定。
2．制作彩虹全息图时，参考光与物光光强比约为3:1。
且参考光与物光夹角不宜过大，以免影响衍射效率。
3．观察彩虹全息图的再现像应注意再现条件：白光方向必须是R 1*的方向，再者人眼须刚好置于狭缝原位置。
4．母全息图的制备可参考全息照相实验，为了便于再现实像和制作虹全息图，制作母全息图时物光与参考光的夹角不能太小，例如应在60︒以上，物与干板的距离也应适当选择。
实验原理下面我们稍微定量地讨论基元彩虹全息图的记录与再现。
光学课件 彩虹全息
像的色散主要表现在y方向上。主要讨论y方向上的单色性．类似 光栅的色散。
y
光栅方程：dsinθ=mλ
z
光栅色散本领：Dθ = m /(dcos θm)
d 减小， Dθ 增大。
y
H
∆H
O•
S H1
R1∗
a
R2
zo
zs
y
∆H
x
¾ 用白光照射全息图， 经∆H的衍射后，对同一 物点，不同波长的光形 成的像点位置不同。
但是，a ↓ (视场小，亮度小), ze ↓（视场小）,
θr ↑（要求干板空间分辨率高）
2．像的色模糊：
¾用点源全息图再现 像点位置(xi, yi, zi)公
式，由∆λ可求出在
各方向上的色模糊分
量(∆xi, ∆yi, ∆zi)。
I λ ′ ∆•z ∆y I λ • ∆I
y H
∆α
S Sλ Sλ′
∆H α
但是
⎧ ⎪ ⎨
zo小，则景深小 zs大，要求记录时狭缝S靠近透镜焦点，限制视场
⎪⎩a小，狭缝窄，激光散斑影响大
实验中，应根据要求适当选取。 如取：a为5~10mm左右，zs为25~30cm左右。
根据记录方式不同：分为二步彩虹全息和一步彩虹全息。
5.8.1 二步彩虹全息（1969年提出）
O
H1
A
B
D
C
R1
第1步：记录物体菲 涅耳全息图
H
A ∆H
S H1 R2∗
B
CD
R2
zo
zs
第2步：记录彩虹全息图
C H S′
A
B
D
C
再现观察
(1)记录时采用相干光源，再现时既 可使用相干光源，也可采用非相 干光源（如白光）。
像全息与一步彩虹全息图
像全息图与一步彩虹全息图【实验目的】1. 掌握像面全息图的记录和重现原理, 并制作一张像全息图, 在白光下观察其重现像；2. 掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法, 并制作一张一步彩虹全息图, 在白光下观察其重现的准单色像。
【实验仪器】He-Ne 激光器(40 mW 左右) 1台反射镜 1 个电子快门 1 个干板架 2 个分束镜 1 个待拍摄物体 1 个扩束镜 2 个载物平台 1 台Ø100 准直镜 1 个观察屏 1 个Ø100 成像透镜 1 个全息干板若干小块【实验原理】1. 像全息图将物体靠近记录介质, 或利用成像透镜使物体成像在记录介质附近, 或者使一个全息图重现的实像靠近记录介质, 都可以在引入参考光后记录到像全息图。
当物体的像正好位于记录介质面上时, 得到像面全息图。
它是像全息的一种特例。
在记录像全息图时, 如果物体靠近记录介质,则不便于引入参考光, 故通常采用两种成像方式产生像光波: 一种方式是采用透镜成像, 如图1所示;图1 像全息图的透镜成像记录方式另一种方式则是利用全息图的重现实像作为像光波, 这时需要对物体先记录一张菲涅耳全息图H1, 然后用原参考光波的共轭光波R* 照明全息图H1 , 重现出物体的实像O* , 再用此实像作为物记录像全息图H2。
因此第二种方式包括二次全息记录与一次全息重现, 过程比较繁杂。
本实验中只研究像全息图的第一种记录方式。
由于像面全息图是把成像光束作为物光波来记录, 相当于“ 物”与全息干板重合, 物距为零, 因此当用多波长的复合光波( 如白光)重现时, 重现像的像距也相应为零, 各波长所对应的重现像都位于全息图上, 将不出现像模糊与色模糊。
因此, 像全息图可以用扩展白光光源照明重现, 观察到清晰的像。
2. 彩虹全息图彩虹全息是像全息与狭缝技术相结合的产物, 因此彩虹全息图也和像全息图一样, 可以用白光照明重现物体的像。
彩虹全息图又分为一步彩虹全息图与二步彩虹全息图, 本实验研究一步彩虹全息图。
彩虹全息实验
目录1 实验目的 (1)2 实验原理 (1)3 实验仪器 (3)4 实验内容 (3)4.1 一步彩虹全息真像纪录 (3)4.2 方孔一步彩虹全息像的再现 (4)5 实验结果 (4)6 实验总结 (5)7 感想体会 (6)8 参考文献 (6)方孔一步彩虹全息实验研究1实验目的1、了解像全息白光再现的原理及一步彩虹全息和像面全息的原理。
2、掌握一步彩虹全息图制作方法。
3、了解像面全息实验方法。
2 实验原理像面全息图的拍摄用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。
再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。
像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。
因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。
彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。
一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种；一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。
赝像记录原理如图1所示。
狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。
用会聚光作参考光。
图1 一步彩虹全息赝像记录原理图图2 一步彩虹全息真像记录原理图真像记录原理如图2所示，狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。
成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。
图3为彩虹全息真像纪录的参考光路。
图3 彩虹全息记录光路S：激光器 SF：扩束镜 BS：分束镜 L1：成像透镜M1、M2：放射镜 O：物体 H：全息干板 S1：狭缝两种记录光路所拍摄的彩虹全息图，如用记录时的单色光再现，可以通过再现出的狭缝实像观察到所记录物体的明亮虚像（如图4）。
彩虹全息
∆ 由上图可知， H 对这两种波长所产生的色散角为 ∆θ1 并有：
设∆H 在y方向的空间频率为η ，则由光栅方程可知
，
两式相除得
= θ 因为物点很靠近z轴，， I 很小，可令 cosθ I = 1, sin θ I ，0 于是上式简化为
在彩虹全息中，当然是 ∆λ 愈小愈好。这就要求：狭 缝窄（a小）；观察距离远（ z E 大）；参考光束倾斜 度大，或者说全息图的空间频率较高等等。
1969年，本顿(Benton)受到全息图碎片可以再现完整 的物体像的启发，提出二步彩虹全息。 彩虹全息记录过程： 包括两次全息记录过程。首先，对要记录的物体摄制 一张菲涅耳离轴全息图H1,称为主全息图，记录光路如 下图所示：
第二步是用参考光的共轭光照明H1，产生物体的赝实 像。在H1的后面置一水平狭缝。实像与狭缝之间放置 全息干板H，用会聚的参考光R记录第二张全息图H， 这张全息图就叫彩虹全息图。过程如下图：
(2) 若全息图的透过率
t0 与（x，y）无关，为常数，即
照明光波通过全息图时，受到均匀吸收，仅仅是相位 被调制，可称为相位全息图。 相位全息图的制作可分为两种类型：一种是记录物质 的厚度改变，折射率不变，称为表面浮雕型。另一种 是物质厚度不变，折射率改变，称为折射率型。 (3) 相位全息图的性质 我们分析物光波和参考光波都是平面波的情况。 两束平面波相干涉产生基元光栅，我们在（5.4.1）式 中得出其光强分布公式为
在记录全息图H时，物光束受到狭缝S的限制，只是一 束细光束投射在H上，因而对应物点C`的信息在全息图 的y方向上只占一小部分 ∆H 。对于这一部分全息图，也 叫线全息图，如下图所示：
设狭缝宽为a，狭缝与H的距离为zs ，则线全息的宽度 为
附录2：实验思考题解答
附录2：光信息处理实验思考题解答实验一自组显微镜（1）为什么不能用单个放大镜将微小物体的尺寸放大？答：由于物体非常之小，若用高放大倍数的镜子，则视场更小，就无法找到它。
故必需先用一个短焦距的物镜将其放大为一倒立实像后，再用目镜放大成为一倒立虚像。
（2）为什么显微镜的物镜对像差得要求较高？答：进入显微物镜的光线对近轴光线的假设，偏离最多。
所以像差相对较大，必需严格修正。
否则像差就会被目镜进一步放大。
（3）为什么显微镜的焦距要做得较短，相应的口径也做得较小？答：是为了具有较大的放大倍数见(1-4)，和较高的分辨率，见(1-5)式。
实验二自组望远镜（1）望远镜为什么不能将物体的尺寸放大？答：因为物体远在物方焦点之外，故不可能形成线放大倍数。
（2）望远镜的物镜对像差的要求为什么没有显微镜高，也没有照相机高？答：由于进入望远物镜的光束基本上满足近轴光线的要求，故把物镜成像看作理想光学系统不算太过分。
故其像差就自然较小。
（3）为什么望远镜的焦距要做得较长，相应的口径也要做大？答：望远物镜焦距长才能有较大的放大倍数，见(2-1)式。
口径大才能有较高的分辨率。
实验三自组光栅单色仪（1）为什么实验时，要让光栅的整个面积都被入射光照满？答：只有这样得到的谱线较细，才能有较高的分辨率，另外也可以增加谱线的亮度。
（2）从光栅出来的单色光，是长波还是短波的偏转角大些？和棱镜单色仪作一比较。
答：从光栅方程 (3-2) 式看出，在光栅常数和光谱级数一定时，光的衍射出射角与光波长成正比，故波长越长则偏转角越大。
对棱镜来讲是正常色散，即波长与折射率成反比，即长波的折射率较小，按折射定理通过棱镜后的偏转角度应较小。
实验四全息光栅的拍摄（1）为什么拍摄时要做到两光束的光程相同？答：在两光束的光程基本相等时，自相关函数有最大值，这时有最大的条纹对比度，意味着衍射效率最大。
也意味着能照顾拍摄物体的最大尺寸。
（2）为什么在拍摄时，两光束的光强比要采用1:1--1:1.5之间？答：本来拍摄光栅可采用1:1以获得最大的条纹对比度，意味着有较高的衍射效率。
彩虹全息图
• 眼睛观察时会发现像面是弯曲的 • 人眼在沿狭缝方向移动时，会发现全息像漂移 • 按全息图孔径计算的像差点的大小就是眼睛移动 观察时像点漂移距离
26
彩虹全息图
27
第九章
第3节
合成全息术
一、3600合成彩虹全息术 二、动态合成全息术
三、数字合成全息术
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第九章
第3节
合成全息术
一、3600合成彩虹全息术
狭缝宽度 a：大小适度，3~10mm
像点距离 z0: z0=0，色模糊为零 即像面全息图 人眼瞳孔D: 越小越好
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第九章 第2节
彩虹全息图
9.2.3 彩虹全息图像质
• 线模糊
再现光源不是点光源，而引起全息像的模糊
C I c z0 lc
• 衍射受限
人眼的分辨率限度（角分辨率1'）
取I c 0.1mm, 若lc 500mm, z0 5mm则C 10mm
移动观察位置，依次看到不同波长的像，不再
会出现色模糊，于是达到了白光再现的目的。
图10示
第九章 第2节
白光
彩虹全息图
图 示
H
11
第九章 第2节
彩虹全息图
彩虹全息术
1、概述 历史的回顾
1969年 1978年 以后 Benton（本顿）发明了二步彩虹全息 陈选、杨振寰（美籍华人）发明了一步彩虹全息 使方法简化，噪声降低 为扩大视场角、降低噪声，众多技术相继出现
en d 36
四、动态合成全息术举例
反射型 H2 的记录
R2 H2
x H1
y
R1* 动态反射全息图 H2 的记录原理示意图 The principle diagram for Recording the hologram H2
物理实验-人造彩虹.ppt
光的色散
• 色散可以利用三棱镜或光栅等作为 “色散系统”的仪器来实现。复色光 进入棱镜后，由于它对各种频率的光 具有不同折射率，各种色光的传播方 向有不同程度的偏折，因而在离开棱 镜时就各自分散，将颜色按一定顺序 排列形成光谱。
阳光灿烂的时候……
• 泉城广场的喷泉大家见过吧，在下 午阳光最强烈，且又恰逢喷泉的时 候，在水雾的掩映下，你背着光， 拿起照相机，会拍到这样的情景 （假如你人品好）……
彩虹就是这样形成滴
欣赏一下非人造彩虹
欣赏ing……稍后继续
我们看到的彩虹有红靛、紫色
如何让复色光（白光、太阳光）分 解成色带呢？
1.用三棱镜
2.背对着阳光，向空气 中喷雾，水滴越细小越 好。(形成彩虹)
观赏几张碟片
一些色光小知识
• 色光三原色：红，绿，蓝
• RGB这三种颜色的组合，几乎形成所有的颜色。
•
红，绿，蓝被称为光的“三原色”因为自然界
红绿蓝三种颜色无法用其它颜色混合而成的，而其 他颜色可以通过红、绿、蓝光的适当混合而得到的，
因此红、绿、蓝三种颜色被称为光的“三原色”
•
太阳光通过棱镜后，被分解成各种颜色的光，
如果用一个白屏来承接，在白屏上就形成一条彩色
的光带，颜色依次是红橙黄绿蓝靛紫。这说明，白
光是由各种色光混合而成的，彩虹是太阳光传播中 被空中水滴色散而成的.
?红绿蓝被称为光的三原色因为自然界红绿蓝三种颜色无法用其它颜色混合而成的而其他颜色可以通过红绿蓝光的适当混合而得到的因此红绿蓝三种颜色被称为光的三原色?太阳光通过棱镜后被分解成各种颜色的光如果用一个白屏来承接在白屏上就形成一条彩色的光带颜色依次是红橙黄绿蓝靛紫
一种制作两维彩色彩虹全息图的方法
一种制作两维彩色彩虹全息图的方法
刘成森;田金柱
【期刊名称】《辽宁师范大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1995(018)003
【摘要】提出了一种制作两维彩色彩虹全息图的方法，文章介绍了基本原理及实验过程。
【总页数】3页(P202-204)
【作者】刘成森;田金柱
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O438
【相关文献】
1.全息透镜两维物彩虹全息图制作 [J], 秦世明;傅桂先
2.单波长单光束真彩色彩虹全息图制作技术 [J], 金伟民
3.制作无狭缝二步彩虹全息图的一种新方法 [J], 宋立权;洪晶
4.一种制作DCG三维彩色反射全息图的新方法 [J], 马跃
5.利用液晶显示屏(LCD)制作真彩色彩虹全息图 [J], 金伟民;李勇
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实验六 用二步法拍摄彩虹全息图
一、实验目的
（1）知道彩虹全息图可以用白光再现的原理。
（2）了解母全息图的拍摄特点及减小母全息图再现像的波像差技术。
（3）掌握二步法拍摄彩虹全息的方法。
（4）了解空间信息通道的原理。
二、原理概述
1．什么是彩虹全息
离轴全息图不能用白光再现的原因是因为色模糊造成的，为了在像面全息图的基础上进一步减小像全息图的色模糊，人们发展出了彩虹全息图。
所谓彩虹全息图实际上是在同一张干板上，同时拍摄记录下了两个物体的全息图，其一是物体的像面全息图，另一是一条距干板为明视距离(通常为25cm)的矩型狭逢的离轴全息图，如(图6-1)所示。
彩虹全息的出现开创了全息显示技术，用白光再现的全息图主要用来显示物体的三维形像，故叫做显示全息，它是别的显示方法不能代替的。
彩虹全息再现时，物体的实像浮在干板上，
狭逢的实像呈现在干板前。
观察时人眼只有通过
狭逢实像，才能看到物体的像，狭逢实像起了一
个限制观察视角的作用（信息通道作用）。
由于是
用白光再现，所以每一个波长的光都能再现出一
个物像和狭逢实像，它们具有不同颜色。
它们一
一对应，通过某一颜色的狭逢，只能看到同一颜
色的物体。
由于狭逢在干板前的位置较远，所以
错开位置也较大(即色散较大)，这样更易把不同颜色的狭逢实像分离而不重合，也就达到了把物像也分开的目的。
这样就在更大的成度上消除了色模糊，实现了白光再现。
由于可以看到由红到紫的物体图像，就似彩虹一样，这就是彩虹全息的由来。
因为要成像于干板上，按成像方法的不同可分为一步法和二步法。
2．拍摄彩虹全息图时狭缝物像位置的计算
当参考光和再现光都是平行光时，狭缝的物像的位置坐标公式为
μ
O I l l ±= (6-1) ⎪⎪⎭⎫
⎝⎛±=R C O O I l x x ααμcos cos 1
μ (6-2) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±=R C O O I l y y ββμcos cos 1μ （6-3) 式中O α，O β为物光的两个方位角，R α，R β为参考光的两个方位角，C α，C β为再现光的
(图6-1)用白光再现彩虹全息图
两个方位角，
α，Iβ为再现像光束的三个方位角。
这是全息定量计算时所需要的主要公式。
I
切记！
3．全息图再现像的波像差问题
透镜成像有像差存在，这是因为透镜本不是理想光学系统(只考虑了近轴光线)。
全息成像系统也非近轴球面波系统。
但在本章第六节推导全息图再现像与物的关系时，我们却把它看作了近轴球面波系统(利用了菲涅尔近似，忽略了3
1i l以上的项)，才得到各点的相位分布函数。
对真实全息成像系统，高次项总是存在的，它们就不是近轴球面波，所有的相位分布函数就和近轴球面波的不一样，这种空间相位差别，即理想波阵面和真实波阵面的差别，就用波像差来描述。
几何光学中像差是实际光线的成像位置与理想像点的位置之差。
两者表述方式不一样，但实质是相同的，故能找到类似之处。
具体讨论参见教学平台中PPT中相关内容。
在拍摄显示全息图片时，为确保图片的质量，常采用平行光做参考光和再现光，并常使参考光和再现光的波长相同，这时虽无放大倍数但像的质量最好，若需要实像应采用共轭参考光再现。
在需要放大倍数时，也应采用平行光再现，并使它们的方位角相同，让放大倍数主要来自不同的波长，方能使像差最小。
三、实验仪器及注意事项
光学平台一张He-Ne激光器一台
分束镜一块全反射镜两块
光学镜架三个扩束镜二个
准直镜一个狭缝一个
干板架一个全息干板一块
照度计一个
注意事项：
（1）不要自己调整激光器！！
（2）不能让激光束直接照射眼晴，同时也要防止较强的反射光进入眼晴，否则会严重损害视力。
（3）所有光学镜片，不能用手摸，不能对着哈气。
用后放入干燥箱内。
如果发现有不清洁现象，应交教师处理。
（4）遵守暗室规则。
化学处理在教师指导下进行。
四、实验内容
1．用二步法拍摄彩虹全息图
用二步法拍摄彩虹全息图，应先用银盐干板拍摄一张物体的普通离轴全息图，用它作为母全息图H1。
拍摄时用共轭参考光再现物体图像，在H1前面放置一条状狭缝，这样把二维图象记录到干板H上，这就是物光O，另用一束平行光R作参考光，所构建拍摄光路如(图
6-2)所示。
若再现光与共轭参考光相差太大，再现实像的波
像差较大（这可以和用透镜成像进行比较而察觉）。
故在设计拍摄光路时一定要特别注意，应尽可能地让
再现光接近共轭参考光，才能减少再现像的波像差。
二步法还有一个缺点，就是它的噪声总较透镜成像法
大，故在某些要求较高像质时，此法不可取。
二步法的优点是拍摄时它的光能利用率较一步(图6-2)二步法拍摄彩虹全息图
成像法为好，故无须太大功率的激光器，也无须大口径的成像透镜，故所需投资较小。
①在构建拍摄光路前应对光学平台的防震性能进行检查，并测量激光器的输出功率，检查输出光斑图样（一般由指导老师负责）。
②在构建光路时，尽可能做到让参考光和物光的光程相同(此光程指由分束镜起到记录干的光程)。
③光路构建好后，应再次检查所有支架的紧固螺定是否锁紧。
④遮住参考光检查母全息图成像的情况，并调整之使其达到要求（清晰、位置等）。
⑤用照度计测物光照度，遮住物光测参考光照度，调整物光或参考光强使参物比接近八比一(对于散射物体采用较强的参考光，有利于弱散斑的信息放大)；
⑥依干板特性曲线(即测定衍射效率曝光量曲线)，选择恰当的曝光量（天津—I，曝光量为220-240lx）。
测量总照度，依曝光量确曝光时间。
⑦设置并试用曝光定时器，遮住激光束，安装干板，静台十五分钟。
⑧打开激光束按曝光时间进行曝光。
⑨曝光结束后用暗盒装好干板，在教师指导下，在暗室中作化学处理，选择恰当的显影时间(约束80-100秒。
不适宜用延长曝光时间来增加黑度，这对减小噪声有利)。
⑩将干板干燥后保存，以备再现使用。
2．彩虹全息图的再现
用白点光源或太阳光对彩虹全息图再现，对再现像做出评价（噪声、观察视角、色彩等）。