实验十六 彩虹全息图的制作
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。
用红敏光聚合物干板制作彩虹全息图
用红敏光聚合物干板制作彩虹全息图
向科辉;马兴坤;张慧云;茅卫红
【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2006(026)009
【摘要】用红敏光聚合物干板制作了一步彩虹全息图,并通过对影响全息图质量的几个参量的实验研究,得到了制作像质较好的彩虹全息图的实验条件.
【总页数】3页(P41-42,47)
【作者】向科辉;马兴坤;张慧云;茅卫红
【作者单位】清华大学,物理系,北京,100084;清华大学,物理系,北京,100084;清华大学,物理系,北京,100084;清华大学,物理系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.用双参考光拍摄干板两侧物体的三维全息图 [J], 戴薇;颜占先
2.非水溶性红敏光致聚合物特性及后处理对全息图性能影响的研究 [J], 李展华;章鹤龄;邵继宝;徐向敏;石磊
3.红敏光聚合物干板的使用特性 [J], 马兴坤;张慧云;茅卫红
4.党员先锋示范干港资红板别样红--红板(江西)有限公司党建促发展实践探索 [J],
5.利用天津Ⅰ型全息干板制作明胶全息图的优化工艺 [J], 胡光荣;张洪生
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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。
基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法
基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法全息技术是一种记录并再现物体的光学方法，通过利用干涉现象记录物体的相位和幅度信息，能够实现真实的三维影像。
而彩色全息技术则可以更加逼真地还原物体的颜色信息。
基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法结合了傅里叶变换和全息技术，能够有效地记录并再现物体的彩色信息。
以下是基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法的步骤：1.收集物体信息：首先，需要收集物体的三维形状和颜色信息。
可以使用多种方法，如激光扫描和摄像机拍摄等，获得物体表面的三维点云和颜色图像。
2.数据预处理：对收集到的点云和颜色图像进行处理，包括点云的滤波和重建，以及颜色图像的校准和去噪。
目的是消除噪声和误差，提高数据的精度和准确性。
3.数据转换：将点云和颜色图像转换到频域，使用傅里叶变换将它们转化为频率域中的复数振幅和相位信息。
这一步骤可以使用快速傅里叶变换（FFT）或其他相关的变换算法来实现。
4.彩色全息生成：根据傅里叶变换后的频率域信息，在全息材料（例如银盐全息材料或光致聚合物）上产生三维的全息图。
方法包括将复数振幅和相位信息分别显示为幅度和相位调制的图像，并将它们叠加在一起，形成彩色全息图。
5.彩色全息再现：使用适当的光源，将彩色全息图照射在全息材料上，产生全息波前。
当光波通过全息图时，会产生干涉现象，从而实现彩色的三维影像再现。
需要注意的是，基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法需要考虑多个因素，如物体的颜色分布、光源的特性、全息材料的特性等。
此外，制作过程中需要精确控制各个步骤的参数，以保证最终的彩色全息效果的质量和准确性。
在实际应用中，基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法能够广泛应用于科学研究、艺术创作和娱乐产业等领域。
它可以提供更加真实和逼真的三维影像，为我们带来更加丰富和沉浸式的视觉体验。
同时，随着技术的发展，我们可以预见基于傅里叶合成全息的彩色全息制作方法在未来会有更加广泛的应用前景。
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
彩虹实验报告
一、实验目的1. 了解彩虹的形成原理，探究光的折射和色散现象。
2. 通过实验模拟彩虹的形成过程，加深对光学知识的理解。
3. 培养实验操作能力和观察能力。
二、实验原理彩虹是由太阳光通过雨滴时发生折射、反射和色散而形成的。
当太阳光射入雨滴时，光线会发生折射，进入雨滴内部。
由于不同颜色的光具有不同的波长，所以在折射过程中会发生色散，形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。
经过雨滴内部的反射和再次折射，这些颜色组合在一起，形成了我们看到的彩虹。
三、实验器材1. 平面镜2. 深色透明容器（如玻璃杯）3. 清水4. 水彩笔5. 太阳光或强光源6. 白纸7. 尺子四、实验步骤1. 在深色透明容器中倒入清水，确保水面平静。
2. 将平面镜放置在容器底部，调整角度，使太阳光或强光源能够垂直照射到平面镜上。
3. 观察水面，调整平面镜的角度，使反射光能够照射到白纸上。
4. 用水彩笔在白纸上描绘出彩虹的形状，注意观察七种颜色的变化。
5. 用尺子测量彩虹的宽度，记录数据。
五、实验现象1. 当调整平面镜的角度时，可以看到反射光在白纸上形成彩虹的形状。
2. 通过调整平面镜的角度，可以观察到七种颜色的变化，分别为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
3. 彩虹的宽度与平面镜与白纸的距离有关，距离越远，彩虹宽度越大。
六、实验结论1. 太阳光经过折射和色散后，形成了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的彩虹。
2. 彩虹的形成与平面镜的角度和距离有关，通过调整平面镜的角度和距离，可以观察到不同形状和宽度的彩虹。
七、实验讨论1. 彩虹的形成原理与三棱镜的色散现象有何关系？2. 彩虹的颜色与光的波长有何关系？3. 如何利用实验结果解释生活中常见的彩虹现象？八、实验拓展1. 利用不同形状和大小的容器，观察彩虹的形成。
2. 尝试在不同天气条件下观察彩虹，比较其形状和颜色的变化。
3. 利用全息技术制作彩虹全息图，观察全息彩虹的特点。
通过本次实验，我们了解了彩虹的形成原理，加深了对光的折射和色散现象的理解。
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）。
彩虹全息图的迷彩加密法
彩虹全息图的迷彩加密法随着彩虹全息术的普及和提高，对于一些容易辨识的简单图象的全息图进行伪造和复制已不是太难的事。
为此我们提出了一种种对物体图象的彩虹全息图进行迷彩加密的新方法。
其基本过程是：将物体图象进行分割，对记录时的参考光方向和狭缝位置同时进行编码，使再现条件受记录条件的严格限制。
因此，除记录者外，对于不熟悉记录条件的伪造者来说，解密和复制是相当困难的。
一、迷彩加密法原理1、迷彩加密法迷彩图是由某种颜色的斑点组合的信息图象和大量其他颜色的伪装噪声斑点混叠的彩色图。
若整个信息图象各部分的颜色不能同时全部恢复，要识别信息图象的内容是不可能的。
因此，在制作全息图的过程中，我们要先将信息图象和用于伪装的噪声图形分别分割成几部分，然后将每一部分分别以不同方向的参考光和不同位置的狭缝记录在同一张干板上。
这样，在如图1所示的通常再现条件下，在不同的观察方向只能得到一些杂乱无章的彩色斑点，而得不到完整可辨的加密后的信息图象。
这就是迷彩加密法。
2、理论分析运用单波长光源记录彩虹全息图时，可再现出寞彩色的全息象。
方法之一是在如图2所示的一步彩虹全息图的记录光路中，固定狭缝位置，改变参考光的入射角而得到所需要的再现颜色，或者相反，固定参考光的入射角，改变狭缝位置。
在此方法中，当用波长为λ0的激光源记录时，为了用白光照明时再现出波长分别为λ1和λ2的两种颜色，在记录过程中，狭缝在平行于记录干板平面上的两位置之间的距离Δ1和参考光束相对于物光束的入射角θO之间满足如下关系式：式中Δλ=λ1-λ2，D表示成象透镜和记录干板之间的距离(如图3所示)。
由方程武(1)可得：由式(2)可知，对确定的λ1和D，要得到满足(2)武的波长为λ2的颜色的λ1和D有很多组解，这就是说λ1、λ2和D，以不同的λ1值代入(2)式，可以得到与之相应的不同的θ角。
根据这个原理，我们将物体图象的某种颜色的信息分割成几部分，对每一部分用对应于局一波长λ2韵不同组解θ和Δl的参考光稻狭缝记录，但对于背景噪声的不同部分，出产生不同于λ2的再现波长光所对应的解θ和Δl记录。
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）。
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。
16像全息图与一步彩虹全息图-电子科技大学
实验16 像全息图与一步彩虹全息图【实验目的】1、掌握透镜成像记录像全息图的原理，并制作一张像全息图，用白光再现观察其再现像。
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。
【实验仪器】He-Ne激光器一台(30mW左右)；扩束镜2只；φ100准直镜1只；φ100成像透镜1只；分束镜1只；观察屏1个；干板架1个；电子快门1个；待拍摄物体1个；载物平台一个；全息干板若干小块【实验原理】彩虹全息是一种白光透射全息图，它是由美国麻省理工学院教授本顿(Benton)于1969年首先提出的，后经美国宾夕法尼亚州立大学著名的美籍华人教授、光学专家杨振寰的进一步研究，有很大发展。
制作彩虹全息图的方法有两种，一种是本顿最初提出的二步法彩虹全息，另一种是杨振寰后来提出的一步法彩虹全息。
目前，彩虹全息技术已日益实用化，有商品在欧美市场出售。
此外，彩虹全息技术可以用来产生真彩色的全息像，永久性地保持彩色底片。
本实验将进行一步彩虹全息图的制作。
一步彩虹全息图在本质上是一种像面全息图，是像全息与狭缝技术相结合的产物。
为此，我们先对像面全息图作一简介。
图5-16-1 制作像面全息图的一种光路按图5-16-1所示光路拍摄的全息图即为像面全息图。
它与普通全息图的不同之处，是利用物体的像（而不是物体本身）与参考光发生干涉来记录全息图，再现像的位置就在全息图平面附近，可以用白光再现。
一步彩虹全息图与像面全息图在制作时的差别主要是，前者要在记录光路中适当的位置第 5 页插入一个狭缝，当再现物体的像时，狭缝的像也被再现出来。
如果用白光照射，当眼睛在狭缝像的位置观察时，可以看到物体相应于狭缝色彩（由红到蓝，可以由眼睛或全息图的移动而全部看到）的彩色像，故名彩虹全息图。
图5-16-2即为一步法制作彩虹全息图的光路，狭缝位于物体和成像透镜之间，既可置于透镜焦点之内，也可置于透镜焦点之外。
前一种情况使狭缝像与狭缝在透镜的同一侧；后一种情况使狭缝像在透镜的另一侧，得到物体的像是赝实像。
参考光旋转一步法大视角彩虹全息术
第6期1996年11月 光学技术O PT I CAL T ECHNOLO GYN o.6N ov.1996参考光旋转一步法大视角彩虹全息术梁万国(北京理工大学光电工程系,北京100081)邱大庸(重庆大学应用物理系,重庆630044)摘 要:本文分析了全息图视角受限制的主要原因,其原因是再现衍射光方向受到限制。
针对这个原因,作者提出了同步旋转参考光、物体和干板,采用分时记录物体的信息,使全息图再现时形成多方向的衍射光波,从而达到扩大视角之目的。
文章中给出了理论分析和实验装置及结果。
关键词:大视角,多次曝光,一步彩虹全息术。
One-step large-v iew i ng angle ra i nbowholography by rota ti ng the reference beamL iang W anguo(D epartm ent of Op toelectrical Engineering,Beijing Institute of T echno logy,Beijing100081)Q iu D ayong(D epartm ent of A pp lied Physics,Chongqing U niversity,Chongqing630044)Abstract:In th is paper w e analysied the reason of the li m ited view ing2angle of a ho logram is the li m ited directi on of the recon structi on diffracti on ligh t.In view of the li m itati on,w e p ropo sed a m ethod of en larging the view ing2angle by synch ronou sly ro tating the ob ject、the reference ligh t and the ho lo2 graph ic p late to reco rd the ob ject at differen t ti m es.W hen the ho logram is recon structed,it w ill gener2 ate m u lti2directi on diffracti on ligh t and w e w ill see it w ith a large view ing2angle.W e carried ou t the p rinci p le of the m ethod and p ropo sed a experi m en tal configu rati on and gave ou t the resu lt.Keywords:large view ing2angle,m u lti2expo su re,one2step rainbow ho lography. 一、概 述本文针对全息图视角受限问题,着重研究大视角的彩虹全息术。
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
彩虹全息
5.8.2 一步彩虹全息
从二步彩虹的记录和再现过程可知，彩虹全息图的本 彩虹全息图的本 质是要在观察者与物体再现像之间形成一个狭缝像， 质是要在观察者与物体再现像之间形成一个狭缝像， 使观察者通过狭缝看到物体，以实现白光再现。 使观察者通过狭缝看到物体，以实现白光再现 一步彩虹全息记录过程 根据这一原理，我们可以用一个透镜使物体和狭缝分 别成像，使全息干板位于两个像之间的适当位置即可。 如下图所示：狭缝位于透镜的焦点以内，若物体在焦 点以外，则物体的像在透镜的另一侧，，这时的光路 结构，本质上与二步彩虹全息中第二次记录时相同。
一步彩虹全息的再现 再现时用参考光的共轭光照明，形成狭缝的实 像和物体的虚象，眼睛位于狭缝像处可以观察 到再现的物体虚象。再现光路如下图：
在一步彩虹全息中，也可以把物体和狭 缝放在透镜焦点以外，使它们在透镜另 一侧成像，记录时仍将全息干板置于物 体像和狭缝像之间，如下图：
一步彩虹全息的优缺点 优点 噪声小，制作步骤简单 缺点 观察范围受成像透镜相对口径限制，制 作大体积物体需成本高昂的高质量大口径透 镜
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：
彩虹全息的再现 如果用共轭参考光R*照射彩虹全息图H，则产生第二次赝像，由 于H记录的是原物的赝实像，所以再现的第二次赝像对原物来说 是一个正常的像，与原物的再现像一起出现的是狭缝的再现像。 它起一个光阑的作用。其再现光路图如下：
5.8 彩虹全息
彩虹全息和像全息一样，也可以用白光 照明再现。不同的是，像全息的记录要 求成像光束的像面与记录干板的距离非 常小，而彩虹全息没有这种限制。
准边缘照明彩虹全息图的制作技术
准边缘照明彩虹全息图的制作技术
刘守;张向苏;刘川
【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2000(039)004
【摘要】介绍了高质量准边缘照明彩虹全息图的制作方法和原理.详细论述和分析了制作中如何将界面反射造成的有害干涉条纹减至不干扰重现像以及在一张全息图中同时获得高衍射效率的透射和反射两个重现像.并给出实验结果及其用途.
【总页数】5页(P458-462)
【作者】刘守;张向苏;刘川
【作者单位】厦门大学物理学系,福建,厦门,361005;厦门大学物理学系,福建,厦门,361005;厦门大学物理学系,福建,厦门,361005
【正文语种】中文
【中图分类】TB877.1
【相关文献】
1.基于数字微镜单光路的准彩虹全息图像研究 [J], 龚勇清;周张钰;田红彦;苏兆国;裴扬
2.单波长单光束真彩色彩虹全息图制作技术 [J], 金伟民
3.大视角无畸变彩虹全息图的制作技术 [J], 王典民;哈流柱
4.大角度照明彩虹全息图制作技术及特性 [J], 张向苏;刘守;郭怀梅;任雪畅
5.利用光束变换元件实现彩虹全息图的边缘照明 [J], 章鹤龄;张光勇;封建欣
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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
129
5．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。
由于分析的记录光路是线性的，若只考虑一个物点I 0(x 0，y 0，z 0)即再现实像上的一点并
不失去其普遍性。
在记录过程中，令记录所用的单
色光波长为λ，参考光的发散点是R (x r ，y r ，z r )。
选择空间直角坐标系的x －y 平面在记录干板的药
膜面上，坐标原点与干板中心重合。
如图4所示。
设在记录干板上物光和参考光的复振幅分别是U 0(x ，y )和U r (x ，y )，两者所形成的干涉图样的光
强分布是
*
00*2
202
0),(U U U U U U U U y x I r r r
r
+++=+= (1)
上式*号表示共轭复数。
假设记录过程是线性的，彩虹全息图的振幅透射率t (x ，y )正比于
I (x ，y )：
)(),(*
00*2
2
U U U U U U K y x t r r r
+++= (2)
当处理好的虹全息图放回原记录位置，用波长为λ' ，发散点为R (x r ，y r ，z r )的单色光照
明，就能再现出物点的全息像I (x I ，y I ，z I )，物点与全息像点的关系由下面的式子给出：
R 2狭缝H 1H 2
R 1*He －Ne 激光器
透镜反射镜反射镜
反射镜扩束镜扩束镜
准直镜(母全息干板) 图3 实验光路
I (x ,y ,z )R (x ,y , z )
H x
y z
0 0 0 0
r r r
图4 全息图的记录
U 0
U r
130
1
) 1(11z z z r i ⋅λλ+λλ-= (3)
01 ) 1(z z y z y r r i i ⋅λλ+λλ-= (4)
z x z x i i ⋅λλ= (5) 从上面的式子很容易
看出，当λ＝λ' 时再现的全息像点与记录的物点位置重合。
即再现光同参考光相同的情况下，原物点的
再现波前将由公式(2)
的第三项给出。
若在R (x r ，y r ，z r ) 点放置波长为λ1的点光源再现上述的虹全息图后，除了形成一般全息图所有的全息像点I 01之外，还将形成一个与之相对应的
狭缝实像I S1，如图5(a)
所示。
观察者看到全
息像点I 01' 的条件是瞳孔D 落在从I S1出射的衍射光场中，而最佳的观察位置是D
落在I S1处。
这好比人
们隔窗观景，越是靠近窗户景视场也越大。
若用具有两个波长λ1和λ2的再现光
源，这时再现光被虹
全息图衍射成为两个
空间错开颜色不同的
全息像点I 01、I 02和与
之对应的两个狭缝像I S1、I S2，如图5(b)所示。
只要I S1和I S2分离的尺寸大于人眼瞳孔直径D ，就可以通过I S1和I S2分别看到波长为λ1和λ2的两个全息像点I 01和I 02。
将这一概念推广到点白光源照明虹全息图的情况。
由于波长是连续变化的，每一波长都在不同的位置上形成它自己的全息点和相应的狭缝像。
于是全息像点按光源的光谱弥散成了一条线段，狭缝的全息像也按光源的光谱弥散成为一个六面体，如图5(c)所示。
在这种情况下，
ΔH ΔH (b)(a)(c)R(x ,y ,z )H H r r r
I 01
I 01
I 02I 0 图5 全息像点的再现 I S1I S1S2I
131
因瞳孔具有一定的线度D ，在固定的观察位置上，观察者只能看到一个准单色λ＋∆λ(∆λ＝λ'－λ)的全息像点，沿铅直方向改变观察位置，将相继地看到不同准单色的全息像点。
虽然彩虹全息照相也是一种离轴透射式全息照相，但它与普通的离轴全息照相比较可找出它自己的特点。
1．记录特点和普通全息照相记录光路相比，彩虹全息照相光路中引入了一条狭缝，物光束必须经过狭缝才能到达记录干板上，因此狭缝（或像）相当于记录光路系统中的入射光瞳，它允许狭缝方向的物信息通过，使这个方向的视差被保留下来，而垂直于狭缝方向的物信息绝大部分被限制住，丢掉了垂直于狭缝方向的视差。
在普通全息照相中，被记录物体上每点的信息均记录在整个全息图上，而在彩虹全息照相中，被记录物体上每点的信息在虹全息图上只是记录在对应的∆H 宽的区域内。
所记录的干涉图样在平行于狭缝的方向上条纹的空间频率低，在垂直于狭缝的方向上条纹的空间频率高，而普通全息图的干涉条纹空间频率分布一般没有明显的方向性。
2．再现特点：彩虹全息照相能直接用一般白光再现是这种全息图的最大特点。
亦即用某种波长的激光记录的虹全息图，在白光照明下，可再现出不同色彩的准单色全息像。
由于被记录物体
的信息均来自狭缝，根据光路的可逆性，再现的准单色全息像也将会聚于对应这种准单色的狭缝全息像，如图6所示。
因而虹全息的再现像是十分明亮和鲜艳的。
另外，使用非相干白光再现出的全息像的细腻程度变好，大大减小了普通全息照相用激光再现所带来的相干散斑噪声。
但同时也引起了全息像某种程度的色模糊。
这可通过记录光路中元件参数的选取上尽量克服。
H R
H 图6 准单色狭缝全息像
S1O1。