实验数字全息及实时光学再现实验

合集下载

实现全息成像技术的原理与实验验证

实现全息成像技术的原理与实验验证全息成像技术是一种能够以三维形式记录和再现物体的图像的先进技术。

它不同于传统的摄影和电视技术，能够捕捉到物体的全部信息，包括形状、颜色和光的相位信息。

全息成像技术的原理基于光的干涉和衍射现象，通过使用激光光源和干涉仪器，可以实现对物体的全息图像的记录和再现。

全息成像技术的原理可以简单地解释为，当激光光束照射到物体上时，光束会被物体表面反射、散射和透射。

其中，反射光束和透射光束会与参考光束相干叠加，形成干涉图案。

这些干涉图案会被记录在感光介质上，例如全息底片或者光敏材料。

在记录的过程中，光的相位信息也被保留下来。

当再现全息图像时，需要使用与记录时相同的光源和干涉仪器。

当再次照射全息底片或者光敏材料时，光束会被衍射，从而再现出物体的全息图像。

这个图像具有立体感和真实感，能够让观察者感受到物体的深度和细节。

为了验证全息成像技术的有效性，科学家们进行了一系列的实验。

其中一个经典的实验是双光束全息术。

在这个实验中，一个激光光源被分为两束，分别称为物光和参考光。

物光照射到物体上，经过反射、散射和透射后，与参考光相干叠加。

这个干涉图案被记录在感光介质上。

为了再现全息图像，需要将全息底片放置在一个与记录时相同的光源下。

当光源照射到全息底片时，光束会被衍射，从而再现出物体的全息图像。

观察者可以通过调整观察角度，来欣赏到不同的视角和深度感。

除了双光束全息术，还有其他一些实验也被用来验证全息成像技术的原理。

例如，数字全息术通过使用计算机生成的数字全息图像，可以实现对物体的高分辨率再现。

这种方法不需要使用全息底片，而是通过计算机算法来模拟全息成像的过程。

另一个实验是利用可见光的全息显微术。

传统的显微镜只能呈现物体的二维图像，而全息显微术可以呈现物体的三维图像。

通过将样品放置在全息底片上，再次照射可见光，可以实现对微小物体的全息成像。

这种方法对于生物学和医学领域的研究具有重要意义。

总结起来，全息成像技术是一种能够以三维形式记录和再现物体图像的先进技术。

全息再现实验报告

---全息照相实验报告一、实验目的1. 了解全息照相的基本原理，包括干涉和衍射原理。

2. 掌握全息照相的实验操作步骤，包括光路调节、曝光控制等。

3. 学习制作像面全息图，并观察再现像的特点。

4. 比较像面全息图与普通三维全息图的不同之处。

二、实验原理全息照相是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。

它通过将物体反射或散射光（物光）和参考光发生干涉，将来自物体的光波波阵面（物光波前）的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在感光的全息干板上。

在一定条件下，将所记录的全部信息完全再现出来，再现的物像是一个逼真的三维立体像。

三、实验仪器1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 显影及定影器材11. 凸透镜全息照相四、实验步骤1. 调节光路：将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等按照全息照相实验的要求进行调节，确保光路正确。

2. 安装全息干板：将全息干板固定在载物台上，调整其位置和角度，使物光和参考光能够同时照射到干板上。

3. 曝光：控制曝光时间，使物光和参考光在干板上形成干涉条纹。

4. 显影和定影：将曝光后的全息干板放入显影液和定影液中进行处理，使干涉条纹固定在干板上。

5. 观察再现像：将处理好的全息干板放置在适当位置，用激光照射，观察再现像的特点。

五、实验结果与分析1. 成功制作了像面全息图，并观察到了再现像。

2. 比较了像面全息图与普通三维全息图的不同之处，发现像面全息图具有更加逼真的三维效果。

3. 分析了实验过程中可能出现的误差，并提出了改进措施。

六、结论通过本次实验，我们掌握了全息照相的基本原理和实验操作步骤，成功制作了像面全息图，并观察到了再现像。

实验结果表明，全息照相技术具有广阔的应用前景，可以用于光学信息存储、光学成像等领域。

---这份实验报告仅供参考，您可以根据实际情况进行修改和补充。

基于数字全息技术的光学实验探究

基于数字全息技术的光学实验探究作者：吴铁飞来源：《数字技术与应用》2013年第12期摘要：数字全息技术是一项融合了光学、电学、信息技术学科的综合性技术，具有传统光学全息不可超越的优点，笔者首先分析了数字全息技术的记录和再现原理，其次通过具体的光学实例展示了数字全息技术在光学实验中记录和再现的应用。

关键词：数字全息光学实验菲涅尔全息图中图分类号：TP391.41；O438.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0107-011 数字全息技术的基本原理数字全息技术虽然是新兴技术，但仍然秉承了传统光学全息的理念，整个过程可以分为两步：第一步，记录。

通过用CCD接受全息图，再通过使用图像采集卡将转换为数字信息的全息图存贮到电脑中；第二步，再现。

通过计算机语言编程模拟光波得到图像的再现，为了保证图像的清晰度，必须进行滤波消除衍射像。

1.1 数字全息图的记录原理数字全息的记录和再现原理图如下图1所示。

1.2 数字全息图的再现原理数字全息图的再现是指通过电脑软件进行模拟光波衍射的再现，具体步骤如下：第一步，通过数字信息再现物体和参考光波的全息波场；第二步，根据光学衍射理论，通过电脑软件进行数字模拟光波的衍射过程，同时计算再现成像平面的光波场分布情况，就能获得物体的强度像和相位像。

2 数字全息光学实验实例将数字全息技术应用于光学实验的主要目的是帮助学生理解数字全息技术的记录和再现的基本过程，通过应用光波衍射理论并通过Matlab编程实现全息图的再现，掌握新型技术的使用方法。

下述通过使用塑料色子和USAF-1951分辨率鉴别板进行数字全息技术光学实验实例，展示数字全息图的记录和再现。

2.1 实验装置组成介绍所用光源波长为532nm，单纵模固态激光器输出功率为20mW，PBS（偏振分光棱镜）与前后半波片组成分光系统，目的为了产生偏振态相同的两束光。

一束光作为参考光，另一束光照射到物体作为物光，两者经过BS（消偏振分光棱镜）合束叠加形成全息图，最后采用CMOS相机记录再现。

光的全息实验报告

#### 实验目的1. 理解全息照相的基本原理和过程。

2. 掌握全息照相的实验技术和操作方法。

3. 通过实验观察全息图像的记录和再现，了解全息图像的特点。

#### 实验时间2023年10月25日#### 实验地点光学实验室#### 实验器材1. 防震光学平台2. 氦氖激光器3. 分束器4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 被摄物体8. 全息干板9. 显影液10. 定影液11. 暗房设备#### 实验原理全息照相是一种利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物体的三维图像的技术。

其基本原理是利用激光作为光源，通过分束器将激光束分为物光束和参考光束。

物光束照射到被摄物体上，反射的光波与参考光束发生干涉，产生干涉条纹。

这些干涉条纹被记录在感光材料（全息干板）上，形成全息图。

当全息图受到适当的光照射时，通过衍射原理，再现出被摄物体的三维图像。

#### 实验步骤1. 设置实验装置：将全息干板固定在载物台上，调整反射镜和分束器，使激光束能够照射到全息干板上。

2. 选择被摄物体：选择一个合适的被摄物体，如小物体或图案，确保其表面平整且具有一定的纹理。

3. 记录全息图：- 打开激光器，调整激光强度和光路，使物光束和参考光束的相对角度适中。

- 将被摄物体放置在物光束的路径上，确保物体与全息干板的距离适中。

- 按下快门，记录干涉条纹。

4. 冲洗全息干板：- 将记录有干涉条纹的全息干板放入显影液中，按照规定时间进行显影。

- 显影后，将干板放入定影液中，按照规定时间进行定影。

5. 观察再现图像：- 将定影后的全息干板置于观察位置，用激光照射全息干板。

- 通过观察，可以看到被摄物体的三维图像。

#### 实验结果与分析实验成功记录了被摄物体的全息图像，并在激光照射下成功再现了三维图像。

观察结果显示，全息图像具有以下特点：1. 立体感：全息图像具有强烈的立体感，可以从不同角度观察到被摄物体的不同侧面。

2. 细节丰富：全息图像能够记录物体的细微纹理，使得再现图像更加真实。

增强数字全息再现像的数字方法及实验研究

处理方法，并通过实验结果进行分析探讨。
关键司：数字全息；再现像；数字图像处理
中图分类号：０４３８．１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００８９６５９（２０１３）０１ — ００７ — ０４
数字全息技术于１９６７年由顾德门（Ｊ．Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎ）提出。它的记录光路和光学全息基本相同，不同的是它用光敏电子元件例如ＣＣＤ来代替传统照相干板来记录全息图，并把所记录的数字全息图输入计算
Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．２Ｊｕｎ．２０１３
２０１３年６月
增强数字全息再现像的数字方法及实验研究
王先明，沈丽娜，张泽霞
（新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆乌鲁木齐８３００５４）
摘要：数字全息再现干扰像的去除是影响其广泛应用的关键，文章介绍了数字全息的基本原理和增强其再现像的数字
［收稿Ｅｔ期］２０１２ —１２ —１５
［基金项目］新疆师范大学优秀青年教师科研启动基金资助（ＸＪＮＵ０９２１）；新疆师范大学新型发光材料与纳米微结构重点实验室基金资
助。
［作者简介］王先明（１９５８一），男，湖南衡山人，教授，主要从事光电信息处理教学与研究。
息面上物光和参考光叠加后的复振幅分布为：

光全息照相实验实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解全息照相的基本原理和过程。

2. 掌握全息照相的实验操作技术，包括光源的选择、光路的搭建、全息图的记录与再现。

3. 通过实验观察全息图的特性，如三维立体感、干涉条纹等。

4. 分析实验中可能遇到的问题及其解决方法。

二、实验原理全息照相是一种记录和再现光波波前信息的技术。

它通过将物体反射或散射的光波（物光）与参考光发生干涉，将物光波前的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在全息干板上。

当用适当的光照射全息图时，可以再现出物体的三维立体像。

全息照相的基本原理如下：1. 干涉原理：当两束相干光波相遇时，它们会相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。

这些条纹包含了光波的振幅和相位信息。

2. 记录原理：将物光和参考光干涉产生的干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。

3. 再现原理：用与参考光相干的光照射全息图，通过衍射和干涉作用，再现出物体的三维立体像。

三、实验仪器与材料1. 全息实验台2. 半导体激光器3. 分束镜（7:3）4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 曝光定时器11. 显影及定影器材四、实验步骤1. 搭建光路：将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等仪器按照实验要求搭建好光路。

2. 选择被摄物体：将被摄物体放置在载物台上，确保其稳定。

3. 曝光：将全息干板放置在底片夹上，调整其位置，使物光和参考光在干板上形成干涉条纹。

使用曝光定时器控制曝光时间，确保干涉条纹清晰。

4. 显影与定影：将曝光后的全息干板放入显影液和定影液中处理，使干涉条纹固定。

5. 观察与记录：观察全息图上的干涉条纹，记录其特性，如条纹间距、形状等。

五、实验结果与分析1. 干涉条纹：实验中观察到的干涉条纹清晰，表明实验操作正确。

2. 再现效果：用激光照射全息图，可以看到物体的三维立体像，说明全息照相成功。

3. 影响因素：实验中发现，光路稳定性、曝光时间、显影与定影时间等因素都会影响实验结果。

实验数字全息及实时光学再现实验

无透镜傅里叶变换全息的优点记录光路结构简单；能够充分利用CCD的有限带宽；允许的最小记录距离与被测量物体的大小成正比；强度再现像准确、重建速度快；
实验内容与步骤
本实验系统对全息技术做出了全面地展示，具体有一定前沿性和综合性。如果从全息角度区分，实验内容包括计算机模拟全息、数字全息、可视数字全息、实时传统全息。如果从记录方式和光学再现方式的角度区分，实验内容可分为数字记录，数字再现；光学记录，数字再现；数字记录，光学再现；光学记录、光学再现。图—给出了实验内容的整体规划示意图。
北京工大
实验目的
1、理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现 2、理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现 3、理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现 4、理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同，通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现 5、探究数字全息在测量方面的应用
实共轭像复振幅
u1(xi ,
yi
)

exp
jk

2
z0
( xi

xr
)2

( yi

yr
)2

J1(xi ,
yi )
J1(xi , yi )

O ( fx ,
jk
f
y
)
R0
exp

2
z0
( xr2

yr2
)

exp

jk z0

O (
fx,
f y )R0

数字全息图的实时动态再现

数字全息图的实时动态再现陈海云;王辉;李勇;金洪震【摘要】基于液晶空间光调制器的高分辨率及其像素的微尺寸,分析了液晶空间光调制器用于数字全息图光电再现时的视角问题,并由此提出了通过空间三屏拼接的方法增大再现像视角的方法,进而利用电寻址空间光调制器的时间分辨率实现数字全息图的实时动态显示.利用经过改造的液晶背投影光学引擎系统设计了硬件实验系统,给出了实验结果.【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(031)001【总页数】4页(P41-44)【关键词】视角;空间光调制器;光电再现;光学引擎【作者】陈海云;王辉;李勇;金洪震【作者单位】浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004【正文语种】中文【中图分类】O438.10 引言Gabor于1948年提出的全息技术[1]能够记录和再现三维物体，为三维立体显示开辟了一个新的重要方向，并且已经在光学计量、微光学、立体显示等领域得到了广泛的应用[2-3].计算全息术将全息原理与计算机技术相结合，使得全息技术的应用更加广泛和灵活[4-5]，实时全息立体显示技术的研究也逐渐向实用方向发展[6-7].随着微像素尺寸、高分辨率的液晶空间光调制器的出现，计算全息图或数字全息图可以通过液晶空间光调制器和计算机控制实现光电再现，为全息图的实时动态显示提供了新的技术基础[8].但已有的液晶数字全息再现系统因分辨率的限制只能显示小视角、静态的再现像.由于视角很小，基本上无法达到立体显示效果[9].为此笔者提出了空间三屏拼接的方法，一定程度上增大全息再现像的视角，提高立体显示效果，并在此基础上利用电寻址液晶空间光调制器的时间分辨率，对三维物体连续不同视角对应的全息图按顺序输出到液晶空间光调制器进行实时光电再现，利用人眼的视觉残留效应实现对三维物体的实时动态再现.实验中笔者利用了液晶背投影光学引擎系统，并对其进行改造，设计了符合实验需要的硬件系统.按照三屏拼接方法实现实时动态再现的需要计算了全息图阵列，编制了控制全息图顺序输出的程序，得到相应的实验结果.1 数字全息图光电再现的视角分析图1 光电再现原理图目前,高分辨率电寻址液晶空间光调制器的像素尺寸达到了微米量级，已经可用于对数字全息图进行光电再现，其系统光路原理如图1所示.全息图通过计算机视频接口输出至空间光调制器(SLM)，平行激光光束垂直照射SLM，透射光经L1会聚在焦面处得到全息再现像.由于SLM的周期性像素化结构，再现像有多组±1级衍射像出现，同时伴有零级衍射光，在L1焦面处加光阑F，选取一组合适的再现像，同时消除零级衍射光的影响.再现像的视角大小对于全息显示来讲非常重要，它直接影响到全息再现像的立体显示效果，高分辨率的液晶空间光调制器虽然已经能够用于全息图的实时光电再现，但其像素尺寸和空间分辨率的不足仍然对再现像的视角有很大的限制.如图2所示，若空间光调制器像素尺寸为p，透镜L1的焦距为f，再现光波长为λ，则再现像的可能范围大小da为[10](1)进而再现像的视角可以按图3所示进行定义，D为液晶空间光调制器的透射屏尺寸大小，则可观察到再现像全像的视角范围θ可定义为( 2 )考虑水平方向液晶空间光调制器的尺寸为D=18.432 mm，若采用焦距f=300 mm的透镜，再现光波长λ=600 mm，取d=da，则可估算视角θ约为1.28°，这对于人眼观察立体效果是不利的.采用3片液晶空间光调制器通过空间拼接的方式进行数字全息图的光电再现，空间分辨率相当于3 072×768，而此时D=18.432×3=55.296 mm,则视角θ可以达到4.79°，显然这比单屏再现时的视角增大了近3倍.图2 再现像大小示意图图3 再现像视角定义2 实验系统设计三屏空间拼接的光路原理如图4所示，激光经扩束准直后分3束垂直照射3个液晶空间光调制器，透射光经分束镜在空间精密拼接，拼接后的光束经透镜L1会聚，在焦面处得到全息再现像.实验中采用杭州三花科特光电有限公司生产的LE09X-02Fd3-b型液晶背投影光学引擎系统，其中的LCD是EPSON 0.9英寸L3D09H-41G00型TFT-LCD.性能参数如下：尺寸(18.432 mm×13.842 mm);像素大小(18 μm×18 μm);分辨率(1 024×768)；开口率(63%)；帧刷新频率(60 Hz);数据接口(VAG).图4 三屏拼接光路原理图液晶背投影光学引擎是液晶背投电视的核心器件，属于非相干光学信息处理系统，用于全息光电再现时必须进行改造.采用光学引擎系统的主要出发点是利用其与计算机的良好接口，能对计算机通过视频接口输出的彩色图像信号经RGB 3个通道，将三基色图像分别显示于3个LCD，这样在用于全息图的光电再现时，只要对全息图作一定的处理后符合RGB格式，则3幅1 024×768的子全息图数据信号即可以通过计算机视频接口和驱动电路经RGB 3个通道同时输出到LCD参与再现.比较背投影光学引擎的实际光路系统和图4所示的原理图可知，光学引擎的原有光路系统并不适合图4所示的原理图，因而本实验中将3片LCD从光学引擎中取下，重新固定后按图4所示搭建光路，3片LCD与原接口电路板信号接口相连.3 全息图阵列的计算和处理根据设计的实验系统以及菲涅耳全息原理，对动态三维物体每一个瞬间的静态场景计算得到3 072×768像素的数字全息图.如图5(a)所示，为了实现动态显示三维物体的效果，需计算得到每一瞬间静态场景的全息图并形成如图5(b)所示的全息图阵列.光学引擎系统在用于三屏空间拼接时，根据实验硬件系统的连接情况，需对计算得到的全息图阵列进行一定的处理.首先将全息图阵列中每一幅3 072×768的全息图分割成3幅1 024×768的子全息图，并根据硬件系统中RGB 3个LCD在空间的排列情况，把3幅子全息图按照图6所示的对应关系合成一幅1 024×768的RGB彩色图像.这样再现时当这幅处理后的图像输出时，经过拼接在空间展开还原成3 072×768的等效分辨率,提高了分辨率，增大了再现像视角，从而提高再现像的立体效果.图5 全息图阵列图6 全息图处理示意图4 实验结果及讨论在实验中，三维物体数据由三维面形测量仪扫描获取，由每一静态场景得到一组数据，对每组数据进行计算得到一幅3 072×768的全息图，按照图6所示对应关系用Matlab图像处理的方法得到RGB图像，形成全息图阵列.用Visual Basic 6.0编写了控制程序，控制程序可以控制计算机以一定频率输出RGB格式的全息图序列，且输出频率可调，输出最大频率为60 Hz.利用人眼视觉残留效应，可以观察到三维物体动态再现像.实验中再现光源采用半导体激光器，波长为635 nm，会聚透镜焦距为300 mm，实验所得再现立体像视角约为4.8°，输出频率初始设置为25 Hz.图7是程序运行中的一幅全息图，图8所示是实验结果，为动态显示中的某一静态再现像.图7 程序运行中的某一幅全息图图8 实验结果实验中同时也发现，由于受到液晶空间光调制器像素尺寸的限制，再现像的大小仍然有限，用三屏拼接的方法增大了全息再现像的视角范围，但其视角范围与用干板记录和再现的光学全息再现像相比仍有差距，有待于空间光调制器技术和性能的不断改进和提高.5 结论分析了液晶空间光调制器用于数字全息图光电再现时视角大小的决定因素.经理论分析和实验表明，用三屏拼接的方法可以有效地增大全息再现像的视角范围，增强立体显示效果；利用电寻址液晶空间光调制器的时间分辨率可以实现对三维物体的实时动态再现，这对推进全息立体显示向实用化方向发展有一定的意义.随着空间光调制器技术的不断发展和成熟，实时全息显示技术和全息电视也必将成为现实. 参考文献：[1]Gabor D.A New Microscope Principle[J].Nature,1948,161:777-778.[2]Kawai T.3D displays and applications[J].Displays,2002,23:49-56.[3]Lipton L.The future of autostereoscopic electronic displays[J].Prof of SPIE,1992,1669:156-162.[4]Lee W puter-generated Hologram:Techniques and Applications[J].Progress in Optics,1978,16:121-133.[5]Wang Hui,Li Yong,Jin Hongzhen,et al.Three-dimensional visualization of shape measurement data based on a computer generatedhologram[J].Journal of Optics A:Pure and Applied Optics,2003,5(9):195-199.[6]Son Y,Shestak S A,Epikhin V,et al.A Multi-Channel AOM for Real Time Electro-holography[J].Applied Optics,1999,38(14):3101-3104.[7]Choi H,Shestak S A,Kim S K,et al.Recent Improvement of Pulse Laser Electro-holographic System[J].SPIE Proc,2002,4659:76-82.[8]Sutkowski M,Kujawinska M.Application of liquid crystal(LC) devices for optoelectronic reconstruction of digitally stored holograms[J].Optics and Lasers in Engineering,2000,33:191-201.[9]Miniewicz A,Gniewek A,Parka J.Liquid crystals for photonic applications[J].Optic Materials,2002,21:605-610.[10]Hashimoto N,Hoshino K,Morokawa S.Improved Real-Time Holography System with LCDs[J].SPIE Proc,1992,1667:2-7.。

全息照相与信息光学实验报告

系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验名称】全息照相【目的要求】a)了解全息照相的基本原理。

b)学习全息照相的实验技术。

【仪器用具】简易隔震台, 氦氖激光器, 快门及定时曝光器, 阔属透镜,反射镜和分束器, 光电池和光电检流计, 全息底片, 被摄物体, 显微镜, 洗相设备。

【实验原理】全息照相原理是D.嘎波在1948年提出的。

60年代以后, 全息技术有了迅速和宽广的发展。

a)投射式全息照相所谓透视时全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。

i)全息记录如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来, 那就记录了底片所在位置物光波前的振幅和位相。

t(x,y) = t0−βI(x,y) = t0 - β(A R2 + A02 + 2A0A R cos(φ0−φR))ii)物光波前的重现用一束于参考光完全相同的平面波照在全息图上, 则在平面上全息图透射光的复振幅分布为:这样，系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________Ũt (x,y) = [t 0 − β(A R 2 + A 02)]A R exp[i 2πλsin α∙y] − βA R 2A 0exp(i φ0) − βA R 2A 0exp[−iφ]exp[i 2πλ2sin α∙y]透过全息图以后平面上波前就可以分成3项, 第一项是一个衰减了的照明光, 第二项是+1级衍射, 它对应原来的物光, 第三项是物光的共轭波前。

这三项有一个角度分离, 因此我们可以分开他们。

【实验内容】a)透射式全息图的记录打开激光器, 设计安排光路, 光路满足要求:经透镜扩展后的参考光应均匀照在整个底片上, 被摄物体各部分也应得到较均匀照明；物光和参考光的光程大致相同, 相差不要超过5cm ；在底片处物光和参考光的光强比约为1:2到1:6.45°系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________关上照明灯（可以打开暗绿灯）。

光学实验利用全息照相技术记录和还原光场

光学实验中全息照相技术的应用
原理：利用全息干涉技术对物体表面形貌进行测量和计量应用领域：光学、机械、航空航天、生物医学等优点：非接触、高精度、高分辨率、测量速度快未来发展：提高测量精度和稳定性，拓展应用领域
应用领域：光学、机械、航空航天等
定义：利用全息技术记录散斑干涉图，实现对物体表面形貌的精确测量
实验环境：保持实验环境暗淡，减少干扰光的影响
记录数据：及时记录实验数据，以便后续分析和处理
数据分析：对全息照相实验数据进行定量和定性分析，包括光强分布、相位恢复等。数据处理：采用数字信号处理技术对全息图进行滤波、去噪、增强等操作，提高成像质量。实验技巧：掌握全息照相实验的技巧和方法，如光源选择、曝光时间控制、实验环境搭建等。误差分析：对实验数据进行误差分析和评估，确保实验结果的可靠性和准确性。
穿戴防护眼镜和实验服避免直接接触实验器材和化学品严格按照实验操作规程进行实验实验后及时清理现场并检查设备安全
感谢您的观看
汇报人：
应用价值：全息记录和再现散斑干涉现象，有助于研究光学元件表面的微观结构和性能，提高光学元件的制造精度和稳定性。
实验目的：利用全息照相技术实现光学信息存储实验原理：利用全息干涉原理记录和再现光波前的振幅和相位信息实验步骤：制作全息图、存储和读取光学信息实验结果：成功实现光学信息的全息存储和再现
稳定性问题：全息照相技术需要在稳定的环境条件下进行，以避免图像失真或模糊。这使得在某些不稳定的实验环境中，如地震或海浪等，难以获得高质量的全息图像。
优势和局限性：全息照相技术在光学实验中的优势和局限
性
发展趋势：全息照相技术未来在光学实验领域的发展趋
势和方向

近距离数字全息及再现算法的研究的开题报告

近距离数字全息及再现算法的研究的开题报告1.选题背景和研究意义数字全息是一项重要的技术，可以将场景中的三维物体立体全息存储在数字介质中。

在医学、军事、工业等领域，数字全息技术有着广泛的应用。

然而，数字全息技术目前仍面临着一些挑战，例如数字全息的分辨率、成像质量等问题。

针对这些问题，近距离数字全息及再现算法成为了一个研究热点，也是当前数字全息技术的重要方向。

本课题旨在针对现有的数字全息技术不足之处，深入研究近距离数字全息及再现算法，并提出一种全新的方法，以提高数字全息的成像质量和分辨率。

这将有助于数字全息技术在各个领域中的进一步应用，并对相关领域的发展做出重要贡献。

2.研究目的本文旨在研究近距离数字全息及再现算法，在现有的技术基础上，提出一种全新的方法，以提高数字全息的成像质量和分辨率。

同时，对数字全息技术的应用和发展，进行全面的研究和探索。

3.研究内容和方法本文将重点研究以下内容：1) 近距离数字全息及再现算法的原理和方法。

2) 将近距离数字全息及再现算法应用于数字全息成像中，并分析其成像质量和分辨率。

3) 分析数字全息技术在各个领域中的应用，总结数字全息技术的发展趋势，并对研究结果进行讨论。

本文研究将主要采用以下方法：1) 前期文献调研和分析，了解数字全息及近距离数字全息的相关知识和技术，为研究做好准备。

2) 选择一定数量的样本进行数字全息成像，并与传统数字全息技术进行对比分析，从而验证近距离数字全息及再现算法的有效性。

3) 对数字全息技术的应用和发展进行系统分析和研究讨论，总结研究成果，并为数字全息技术的应用和发展提出新思路。

4.预期成果通过本研究，预期实现以下成果：1) 提出一种全新的近距离数字全息及再现算法，以提高数字全息的成像质量和分辨率。

2) 对数字全息技术的应用和发展进行系统分析和研究，总结数字全息技术的发展趋势，并为其应用和发展提出新思路。

3) 推广近距离数字全息及再现算法，并为相关领域的数字全息技术应用和发展提供支持和指导。

全息资料实验报告

一、实验目的1. 了解全息术的基本原理和实验方法。

2. 掌握全息资料的制作和再现技术。

3. 通过实验，提高对全息技术的认识和应用能力。

二、实验原理全息术是一种利用光的干涉和衍射原理记录和再现物体的三维图像的技术。

其基本原理是利用激光束在记录介质上形成干涉条纹，从而记录物体的三维信息。

再现时，利用这些干涉条纹，通过光的衍射和干涉现象，恢复出物体的三维图像。

三、实验设备1. 全息实验台：包括激光器、分束器、扩束镜、全息干板、参考镜、物体台等。

2. 记录和再现设备：包括相机、显微镜、投影仪等。

3. 实验材料：全息干板、激光胶片、光学元件等。

四、实验步骤1. 准备实验材料（1）将全息干板裁剪成所需尺寸，并清洗干净。

（2）将光学元件安装到全息实验台上，调整光路，使激光束分为两束：物光束和参考光束。

2. 制作全息资料（1）将物体放置在物体台上，调整物体与全息干板的距离，使物体位于激光束的焦点附近。

（2）打开激光器，调整参考镜的角度，使参考光束与物光束相互干涉，在干板上形成干涉条纹。

（3）将干板曝光一定时间，使干涉条纹在干板上记录下来。

（4）关闭激光器，将干板取出，进行显影和定影处理。

3. 再现全息资料（1）将处理好的全息干板放置在投影仪的载物台上。

（2）调整投影仪的焦距，使全息图像清晰地投射到屏幕上。

（3）观察全息图像，观察其立体效果。

五、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，成功制作了一幅全息资料，并成功再现了物体的三维图像。

观察到的全息图像具有较好的立体效果，能够清晰地展示物体的形状和细节。

2. 结果分析（1）在制作全息资料的过程中，需要注意以下几点：a. 确保激光束的稳定性，避免在曝光过程中出现抖动。

b. 调整参考镜的角度，使参考光束与物光束相互干涉，形成清晰的干涉条纹。

c. 控制曝光时间，避免曝光过度或不足。

（2）在再现全息资料的过程中，需要注意以下几点：a. 调整投影仪的焦距，使全息图像清晰地投射到屏幕上。

信息光学专题试验数字全息试验

数字全息实验研究数字全息记录和再现原理，即利用数字全息记录程序和光电器件记录全息图，并将全息图输入计算机，由计算机进行数字再现的方法早在1967年就由Goodman等人提出，现已广泛地应用于数字显微、干涉测量、三维图像识别、医疗诊断等领域。

数字全息用光电器件替代了全息干版，免去了全息干版的冲洗工作以及降低了对全息工作台的隔振要求。

给使用者带来了更大的方便。

实验目的1．熟悉数字全息实验原理和方法；通过观察全息图的微观结构，深入理解全息记录和数字再现的原理。

2．熟悉数字全息记录光路。

3．用CMOS数字摄像头记录物体的全息图。

4．熟悉用全息图数字再现程序对所记录的全息图进行数字再现的过程。

实验原理（a）(b)图1 数字全息实验光路图2. 数字全息记录光路L0k放大倍数20或40；L rk放大倍数60；衰减器P可插入物光束；物体S为透过率物体；BS2与SX之间的物参光方向应相同（夹角为0°）图3 透射数字全息记录系统数字全息波前测量的实验光路随被测物体的不同而异，从图1到图3的光路都可以用来记录全息图。

若用图1（a ）所示的实验光路进行数字全息波前的测量，则激光器发出的光经反射镜M 1反射，被分束器BSI 分成两束；一束经过反射镜M 2反射、进入扩束镜L K1扩束，并被准直镜L 1准直，变成平行光，再由反射镜M 3反射转向，照射到被记录物体上形成物波，经由物体物漫后透过分束镜BS 2照射到数字摄像头的光敏元件表面；另一束经衰减器P 、反射镜M 4、扩束镜L K2准直镜L 2变成平行光，再经分束镜BS 2转向，形成参考光，并与物波在CMOS （或CCD ）光电器件平面上叠加干涉，形成全息图；由CMOS （或CCD ）数字摄像头记录，并借助于计算机程序，实现全息图的数字再现。

图4 数字全息记录与再现光路坐标变换设00oy x 平面内的被记录物体的透过率函数为t (x , y )，用振幅为A 的垂直平面波照明。

大学全息演示实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解全息成像的基本原理，包括干涉和衍射现象。

2. 掌握全息成像实验的操作流程，包括光路调节、全息干板曝光和图像再现。

3. 通过实验，观察并分析全息图的成像特点，理解全息图像的立体感和真实感。

4. 学习全息技术在科学研究、工业生产和艺术创作等领域的应用。

二、实验原理全息成像技术是利用光的干涉和衍射原理，记录并再现物体光波波前的一种技术。

在全息成像过程中，物体发出的光波分为两部分：一部分作为物光束，照射到物体上；另一部分作为参考光束，照射到全息干板上。

物光束和参考光束在物体表面发生干涉，形成干涉条纹，这些干涉条纹被记录在全息干板上，从而形成全息图像。

当全息图像被照射时，参考光束再次照射到全息干板上，由于干涉条纹的存在，参考光束会发生衍射，形成物光束的再现图像。

由于物光束的振幅和相位信息被记录在全息干板上，因此再现图像具有立体感和真实感。

三、实验仪器1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 显影及定影器材11. 凸透镜全息照相四、实验步骤1. 光路搭建：按照实验要求搭建光路，包括激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等。

2. 曝光：将全息干板放置在载物台上，调整物光束和参考光束的夹角，使干涉条纹清晰可见。

将全息干板固定在载物台上，进行曝光。

3. 显影和定影：曝光完成后，将全息干板放入显影液中显影，再放入定影液中定影，以固定干涉条纹。

4. 图像再现：将全息干板放置在载物台上，调整参考光束的照射角度，观察再现图像。

五、实验结果与分析1. 干涉条纹的形成：在曝光过程中，全息干板上形成了清晰的干涉条纹，表明物光束和参考光束发生了干涉。

2. 再现图像的立体感：调整参考光束的照射角度，可以观察到再现图像具有立体感，与普通照片相比，具有更强的真实感。

3. 全息技术的应用：全息技术在科学研究、工业生产和艺术创作等领域具有广泛的应用，如全息防伪、全息投影、全息艺术品等。

马赫-曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现

第３１卷第５期大学物理实验Ｖｏｌ.３１Ｎｏ.５２０１８年１０月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＯｃｔ.２０１８收稿日期:２０１８￣０６￣２５文章编号:１００７￣２９３４(２０１８)０５￣００１７￣０４马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现李欣芫ꎬ赵梓言ꎬ付申成(东北师范大学ꎬ物理学师范专业国家级实验教学示范中心ꎬ吉林长春㊀１３００２４)摘要:搭建马赫￣曾德全息光路图ꎬ分别进行了数字全息的两个相关实验:光学￣数字全息(光学记录￣数字再现)ꎬ计算模拟全息(数字记录￣数字再现)ꎬ并对两个实验的结果进行分析加以对比ꎮ关键词:马赫曾德干涉ꎻ光学记录ꎻ数字记录ꎻ数字再现中图分类号:Ｏ４￣３４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１８.０５.００５㊀㊀１９４８年ꎬ英国物理学家ＤｅｎｎｉｓＧａｂｏｒ为提高电子显微镜的分辨本领ꎬ首次提出同轴全息照相ꎮ１９４９年ꎬＤｅｎｎｉｓＧａｂｏｒ提出了一种新的波前记录和再现方法全息术[１]ꎮ由于传统全息术在利用干板记录全息图时必须要做化学湿处理ꎬ给实验操作带来了诸多不便ꎮ１９７１年ꎬＨｕａｎｇ进一步提出数字全息的概念ꎮ采用数字全息技术ꎬ不仅省去了繁琐的化学湿处理步骤ꎬ而且可以很方便地对生成的全息图进行图像处理[２]ꎬ同时减少或消除噪声等因素带来的的影响ꎮ其最大的优势是响应速度快㊁灵敏度高㊁能够记录运动物体的瞬时状态ꎮ近年来ꎬ数字全息在生物医学ꎬ粒子场测量等很多领域都得到了广泛应用[３]ꎮ２００６年ꎬＪｏｒｇｅＧａｒｃｉａ￣Ｓｕｃｅｒｑｕｉａꎬ等人介绍了一种可适用于研究海洋环境中蜉蝣生物运动的水下数字全息显微技术(ＤＩＨＮ)[１]ꎮ２０１７年ꎬＹａｓｕｈｊｒＴｓｕｃｈｉｙａｍａ等人提出了一种使用ＲＧＢ彩色滤光片的来生成高质量的全彩色大规模计算机全息图(ＣＧＨ)[４]ꎮ１㊀数字全息记录与再现的原理１.１㊀数字记录㊁数字再现数字全息技术分为两个步骤ꎮ首先利用光学干涉原理来记录物体振幅及相位信息ꎬ即记录过程ꎻ再利用光的衍射原理ꎬ对物体所含的光信息进行再现ꎬ即再现过程[４]ꎮ图１所示为数字全息图的记录及再现的坐标变换示意图ꎮ图１　数字全息图的记录及再现的坐标变换示意图㊀㊀物体位于物平面(Ｏｂｊｅｃｔ￣Ｐｌａｎｅ)上ꎬ数字相机在全息平面(Ｈｏｌｏｇｒａｍ￣Ｐｌａｎｅ)上记录物光与参考光在全息平面上的干涉光强分布ꎬ最后在成像平面(ＶｉｒｔｕａｌＩｍａｇｅ￣Ｐｌａｎｅ)上生成全息图ꎮ设位于物平面上的物光场分布为Ｕ０(ｘ０ꎬｙ０)ꎬ则全息平面上的光场记为:Ｏ(ｘꎬｙ)＝Ａ０(ｘꎬｙ)ｅｘｐ[ｊφ０(ｘꎬｙ)]其中ꎬＡ０(ｘꎬｙ)和φ０(ｘꎬｙ)分别为物光波的振幅和相位分布ꎮ将到达全息平面上的参考光波记为:Ｒ(ｘꎬｙ)＝Ａｒ(ｘꎬｙ)ｅｘｐ[ｊφｒ(ｘꎬｙ)]其中ꎬＡｒ(ｘꎬｙ)和φｒ(ｘꎬｙ)分别为物光波的振幅和相位分布ꎮ则全息平面上全息图的强度分布为:ＩＨ(ｘꎬｙ)＝｜Ｕ(ｘꎬｙ)｜２＝｜Ｏ(ｘꎬｙ)＋Ｒ(ｘꎬｙ)｜２＝｜Ａ０(ｘꎬｙ)｜２＋｜Ａｒ(ｘꎬｙ)｜２＋２Ａ０(ｘꎬｙ)Ａｒ(ｘꎬｙ)ｃｏｓ[φ０(ｘꎬｙ)－φｒ(ｘꎬｙ)]上式的前两项分别代表了物光和参考光的光强分布ꎬ仅与振幅有关ꎻ第三项则是二者的干涉项ꎬ包含物光全部的振幅和相位信息[５]ꎮ由于参考光作为载波ꎬ其振幅和相位都受到了物光波的调制ꎬ因此物光调制参考光的结果即是产生了干涉条纹ꎮ全息图的数字再现过程是利用计算机对光波的振幅和相位进行数字计算完成的ꎮ根据衍射原理和再现距离可以得到再现平面上的光场分布ꎬ即:㊀㊀ＵＩ(ｘＩꎬｙＩ)＝ｅｘｐ(ｊｋｄ)ｊλｄ∬¥－¥Ｉ(ｕꎬｖ)Ｃ(ｕꎬｖ)ｅｘｐｊｋ２ｄ(ｘＩ－ｕ)２＋(ｙＩ－ｖ)２[]{}ｄｕｄｖ＝ｅｘｐ(ｊｋｄ)ｊλｄ∬¥－¥Ｉ(ｕꎬｖ)Ｃ(ｕꎬｖ)ｅｘｐｊｋ２ｄ(ｕ２＋ｖ２)éëêêùûúúｅｘｐ－ｊ２π１λｄ(ｕｘＩ＋ｕｙＩ)éëêêùûúúｄｕｄｖ㊀㊀因此ꎬ只要物体到成像平面间的距离满足菲涅尔衍射距离的要求ꎬ就可以获得清晰地再现全息图[６]ꎮ１.２㊀马赫￣曾德干涉光路(光学记录㊁数字再现)搭建马赫￣曾德干涉光路ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀马赫￣曾德干涉光路图㊀㊀由二倍频Ｎｄ:ＹＡＧ激光器输出波长为５３２ｎｍ的激光ꎬ利用衰减片可自由调整光强ꎬ之后光束经过空间滤波器ꎬ滤过高频光ꎬ再经扩束镜和准直镜后ꎬ形成一个亮度合适㊁宽度恰好的均匀平行光束ꎮ之后经分束镜分为物光和参考光ꎬ经过反射ꎬ物光和参考光在另一分束镜面耦合发生干涉ꎬ生成全息图[７]ꎮ为确保光路水平稳定ꎬ光学器件等高同轴ꎬ在搭建光路时ꎬ待测物和ＣＭＯＳ数字相机可最后再加入到光路中[８]ꎮ在光路搭建完成时ꎬ物光及参考光应具有相等的光程差ꎬ此时调节两束光ꎬ使其经合束镜后汇成一束同轴光ꎬ并在远处汇聚ꎬ出现干涉条纹[９]ꎬ此时光路基本调节完成ꎮ将ＣＭＯＳ数字相机加入到系统中ꎬ然后调整衰减片使ＣＯＭＳ采集到的干涉条纹光波强度适合接下来的实验ꎮ再通过调整合束镜微调旋钮ꎬ改变条纹疏密程度ꎬ最终所调竖条纹清晰且密集即可认为调节完毕ꎬ在近处观察时可看到条纹图像如图３所示[１０]ꎮ图３㊀所调竖条纹图像８１马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现２㊀实验内容与结果２.１㊀计算机模拟全息(数字记录ꎬ数字再现)实验利用计算机来模拟数字全息的记录与再现过程ꎮ具体操作流程如图４所示ꎮ图４㊀数字全息记录和重现流程图计算模拟全息实验分为两两个过程ꎬ首先通过计算机计算出一幅图片的全息图ꎬ然后通过计算机将全息图再现ꎮ通过单平面菲涅尔全息图数字模拟ꎬ同时设置此时的虚拟光路的相关参数ꎬ生成全息图像如图５(右)所示ꎮ图５㊀含东北师大字样原始图片(左)及输出全息图(右)图５(右)是含有东北师大字样加密后全息图样ꎬ字的形状已经难以辨认ꎬ但仍可以看出是黑白相间的模糊条纹ꎮ之后通过单平面一步菲涅尔数字再现ꎬ设置与模拟参数相同的再现参数ꎬ输出再现结果如图６所示ꎮ图６㊀输出含东北师大字样的数字再现图再现的东北师大字样轮廓清晰ꎬ可以很容易的从背景中分辨出来ꎮ４.２㊀数字全息(光学记录ꎬ数字再现)数字全息实验可分为两个过程ꎬ第一个过程是通过搭建马赫￣曾德干涉光路进行光学记录ꎬ第二个过程是利用计算机进行数字再现ꎮ记录时用计算机将含东北师大字样的图片输入到空间光调制器(ＳＬＭ)中作为待测物ꎬ记录介质则采用ＣＯＭＳ相机替代传统全息实验中的干板ꎮ图７即为ＣＭＯＳ相机记录的全息图ꎬ软件中可以通过调整物光和参考光的夹角直到ʃ１级和０级衍射分开ꎮ同时可以通过观察计算机中全息图条纹的间距来不断调整夹角的大小ꎬ使其不超过最大夹角以保证全息图和再现图不失真[８]ꎮ图７㊀含东北师大字样全息图图８㊀含东北师大字样再现图图８中生成的全息图较为清晰ꎬ难以辨认字形ꎬ但可大致观察到字的位置大小等信息ꎬ起到了加密的作用ꎮ再现图的周围有一些衍射条纹ꎬ这是再现像和共轭像相互重叠引起的ꎮ将字形放大来看ꎬ其０级和ʃ１级衍射条纹基本分开ꎬ可以较为清晰看到字形ꎮ但仍有误差存在ꎬ 光学记录整个过程由实验者搭建光学仪器完成ꎬ实验台的晃动ꎬ光学仪器的镜面是否干净ꎬＳＬＭ仪器是否足够精密ꎬ物光与参考光是否严格同轴平行等都会影响实验结果ꎮ３㊀实验结论数字全息记录的是参考光和物光直接在介质９１马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现上干涉形成的图样[１１]ꎮ采用ＣＭＯＳ相机代替传统全息实验中的干板ꎬ直接将全息图记录在计算机中ꎬ再利用计算机将全息图再现ꎮ计算模拟全息则是用数学的方法将物体的振幅和相位记录下来加以加密再现ꎬ完全通过计算机来实现图像的记录和再现[１２ꎬ１３]ꎮ就全息图来说ꎬ前者生成的全息图较为清晰ꎬ可看到图样大致宽度㊁轮廓等ꎻ而后者生成的全息图完全模糊ꎬ无法看到前者表达的图样大致信息ꎮ对于再现图ꎬ前者几乎无衍射条纹影响ꎬ图样效果好ꎬ后者较大程度受到了衍射条纹的影响ꎬ图样不如前者清晰可辨ꎮ参考文献:[１]㊀ＪｏｒｇｅＧａｒｃｉａ￣ＳｕｃｅｒｑｕｉａꎬＤｉｇｉｔａｌｉｎ￣ｌｉｎｅｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉ￣ｃｒｏｓｃｏｐｙ[Ｊ].ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳꎬ２００６(４５):８３６￣８５０. [２]㊀桂进斌ꎬ李俊昌ꎬ宋庆和ꎬ等.离轴数字全息超分辨率记录系统优化设计[Ｊ].光学学报ꎬ２０１４(６):７７￣８１.[３]㊀罗鹏ꎬ吕晓旭ꎬ钟丽云.数字全息技术研究进展及应用[Ｊ].激光杂志ꎬ２００６(６):８￣１０.[４]㊀ＹａｓｕｈｉｒｏＴｓｕｃｈｉｙａｍａꎬＫｙｏｊｉＭａｔｓｕｓｈｉｍꎬＦｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｄｃｏｍｐｕｔｅｒ￣ｇｅｎｅｒａｔｅｄ[Ｊ].ＯＰＴＩＣＳＥＸＰＲＥＳＳꎬ２０１７(３):２０１６￣２０１９.[５]㊀王亮.三维物体数字全息及其应用研究[Ｄ].南京师范大学ꎬ２００７.[６]㊀何建瑜ꎬ赵荣涛ꎬ竺江峰.新马赫￣曾特尔全息光路图制作高频全息光栅[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１１(６):９￣１１.[７]㊀韩冰ꎬ肖文ꎬ潘锋ꎬ丛琳ꎬ等.同轴数字全息相位恢复算法采样距离优化研究[Ｊ].激光与光电子学进展ꎬ２０１２(１２):６９￣７４.[８]㊀于瀛洁ꎬ郭路ꎬ周文静.数字全息位相拼接实验研究[Ｊ].光学仪器ꎬ２０１１(４):５５￣５９.[９]㊀刘丽君ꎬ封玲ꎬ王喜省.数字像面全息与同轴全息实验研究[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１１(６):１９￣２１. [１０]朱江ꎬ刘丽飒.数字平面全息光栅实验研究[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１７(３):６９￣７１.[１１]丁大为.计算全息图及其数字重现的研究[Ｊ].安徽大学硕士学位论文ꎬ２００４(５).[１２]仇宇.全息图的数字化频域滤波及数值再现研究[Ｊ].电子科技大学学报ꎬ２００６(６):９３４￣９３６. [１３]李文昌ꎬ周敏ꎬ等.利用马赫￣曾德干涉光路制作二维全息光栅[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１８(４):４９￣５３.Ｍａｃｈ￣ＺｅｎｄｅＤｉｇｉｔａｌＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＲｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＬＩＸｉｎ￣ｙｕａｎꎬＺＨＡＯＺｉ￣ｙａｎꎬＦＵＳｈｅｎ￣ｃｈｅｎｇ(ＮａｔｉｏｎａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅａｃｈｉｎｇＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＰｈｙｓｉｃｓＮｏｒｍａｌＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉｌｉｎＣｈａｎｇ￣ｃｈｕｎ１３００２４)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｔｓｅｔｓｕｐａＭａｃｈ￣Ｚｅｈｎｄｅｒｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈꎬａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｓｔｗｏｒｅｌａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｄｉｇｉｔａｌｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ:ｏｐｔｉｃａｌ￣ｄｉｇｉｔａｌｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ(ｏｐｔｉｃａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ)ꎻｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈｏｌｏ￣ｇｒａｍ(ｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ).Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍ￣ｐａｒｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｍａｃｈ￣Ｚｅｈｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅꎻｏｐｔｉｃａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇꎻｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇꎻｄｉｇｉｔａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ０２马赫￣曾德干涉光路下的全息数字记录及其再现。

数字全息记录与光学再现

数字全息记录与光学实时再现实验一、实验目的1、理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现2、理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现3、理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现4、理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同，通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现掌握知识点：传统全息术、数字全息、计算模拟全息、菲涅尔衍射、相干光干涉、空间光调制器、光学再现二、实验仪器（详细描述见技术指标）固体激光器(机械调整结构) 一台；空间滤波器组件(显微镜、针孔及机械调整结构) 一套；分光镜两个；可调谐衰减片一个；准直透镜组件一对；CMOS图像探测器一个；透射式液晶空间光调制器一个；注意：重点分析透射式记录光路三、实验原理计算机及CCD技术的发展直接推动了全息技术的革新。

全息术已涉及形貌测量、微小物体检测、数字全息显微、防伪、医学诊断等许多领域。

传统光学全息实验是通过银盐干板或光致聚合物等记录全息图，拍摄过程对环境要求较高，冲洗过程繁琐。

本实验在传统全息术基础上，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等全息技术。

数字全息是用高分辨率CMOS记录全息图，并由计算机对全息图进行数字再现。

计算模拟全息是通过计算机模拟全息图，并通过软件实现数字再现。

光学实时再现是通过再现空间光调制器上的全息图实现的。

通过在实验系统中引入光电成像器件以及数字图像处理技术的应用，对实现光信息专业学生的综合专业技能的培养具有重要意义。

本实验为典型的光信息实验，能全面培养学生的综合实验技能。

实验内容丰富，知识点清晰，实验现象明显。

不但能训练学生动手能力，而且能增强学生分析问题能力。

教师还可根据具体情况，将计算模拟全息作为信息光学课程的演示实验。

图1 光路示意图本实验在传统全息术基础上，根据菲涅尔衍射理论，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等典型全息技术。

数字全息显微中的准直光再现

数字全息显微中的准直光再现王华英;王广俊;谢建军;赵洁;王大勇【摘要】为了准确重建微小物体三维物场,采用理论分析与计算机模拟相结合的方法,研究了如何用准直光重建大数值孔径数字全息图,分析了用球面参考光波再现失效的原因,得到了位相重建的表达式;分析了由于记录距离和参考点源偏置的测量误差而导致位相重建像的畸变,作了计算机模拟验证.结果表明,对于强度重建,只要能够记录高质量的全息图,就可以得到准确的再现结果;而对于三维物场重建,只有准确测量记录距离和参考点源的偏置,才能得到准确的再现结果;由于距离的测量误差,导致再现光波场的位相分布出现了二次函数调制畸变,因此,实验过程中精确测量这两个参量是至关重要的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)002【总页数】4页(P131-133,136)【关键词】全息;数字全息显微;三维重建;准直光【作者】王华英;王广俊;谢建军;赵洁;王大勇【作者单位】北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;河北工程大学,理学院,邯郸056038;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;河南省计量科学研究院,郑州,450008;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022【正文语种】中文【中图分类】TB877引言数字全息技术的优点包括：测量的非破坏性、高灵敏性和高准确性；可以同时得到亮度和位相信息，实现三维成像；数字全息图存储、再现和传输的方便性、灵活性。

这些优势已经使数字全息技术成为近年来国内外研究的热点。

目前，在世界范围内展开了在振动分析、形貌和变形测量、粒度分析以及微电路检测、生物细胞观测等显微方面的实验研究，并已取得了较大进展[1-9]。

随着计算机技术和CCD技术的进一步发展，数字全息技术一定能在更为广泛的领域里发挥其作用。

与传统全息相比，由于CCD的空间分辨率低，因而降低了数字全息的成像分辨率，限制了其应用范围。

数字全息光学实验探究及再现清晰度优化

｝（狔－狔Ｈ）２］ｄ狓ｄ狔，
（２）
记录全息图，若想获得高质量的数字全息图、完好地重现物波，则需要满足奈奎斯特［４］采样定理，即
记录介质的空间频率必须是全息图表面上光波空
间频率的２倍以上．因此，全息图表面上光波的最大空间频率为
关键词：数字全息；光学全息；菲涅耳积分；零级光；ＨＲＯ数字相减法中图分类号：Ｏ４３８．１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．１９６５５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５４６４２．２０１９．０４．００７
全息光学的概念是由Ｇａｂｏｒ于１９４８年首次提出，其基本思想是通过光波干涉的方法，同时记录光波的振幅和相位信息．而数字全息则是利用高精度的ＣＣＤ或ＣＯＭＳ相机和空间光调制器［１］（ＳＬＭ）进行采集和再现，由于降低了对环境的要求，免去冲洗的麻烦，同时可以对数据进行二次开发，如滤波、存储、传输、加密安全等，拓展了全息的应用领域，使得近年来关于数字全息的［２］研究越来越广泛．本文利用数字全息光学平台对［３］数字记录、数字再现、光学记录等实验进行研究．
将（４）式中的二次相位因子（狓－狓Ｈ）２＋（狔－狔Ｈ）２
展开，则可以写成
［］狌（狓′，狔′）＝ｅｘｐｊλ（犱ｊ′犽犱′）ｅｘｐ
ｊπ（狓′２ λ犱
，狔′２）
·
［］犻Ｈ（狓Ｈ，狔Ｈ）犚（狓Ｈ，狔Ｈ）ｅｘｐ λｊ犱π（狓２Ｈ＋狔２Ｈ）·

4数字全息综合实验

数字全息综合实验实验讲义前言传统全息实验通过干涉记录与衍射再现描述了物体的振幅与相位信息，并使用银盐或光致聚合物干板做为记录介质，通过使用不同浓度、温度的药液，经过显影定影，再现物体信息，拍摄过程对环境要求较高，冲洗存在一定的安全隐患，实验结果不方便进行二次开发。

数字全息实验使用高精度CMOS 相机和空间光调制器件（SLM ）进行采集和再现，降低了对环境（暗室、防震）的要求，免去了冲洗的不安全隐患，可以对数据进行二次开发，如滤波、存储、传输、加密安全等，坧展了全息的应用领域，使经典光学再现现现代风采。

1.实验目的a.通过本实验掌握数字全息实验原理和方法；b.通过本实验熟悉空间光调制器的工作原理和调制特性；c.通过本实验理解光信息安全的概念和特点；2.实验原理全息技术利用光的干涉原理，将物体发射的光波波前以干涉条纹的形式记录下来，达到冻结物光波相位信息的目的；利用光的衍射原理再现所记录物光波的波前，就能够得到物体的振幅（强度）和位相（包括位置、形状和色彩）信息，在光学检测和三维成像领域具有独特的优势。

由于传统全息是用卤化银、重铬酸盐明胶（ DCG）和光致抗蚀剂等材料记录全息图，记录过程烦琐（化学湿处理）和费时，限制了其在实际测量中的广泛应用。

数字全息技术是由 Goodman 和 Lawrence 在 1967 年提出的，其基本原理是用光敏电子成像器件代替传统全息记录材料记录全息图，用计算机模拟再现取代光学衍射来实现所记录波前的数字再现，实现了全息记录、存储和再现全过程的数字化，给全息技术的发展和应用增加了新的内容和方法。

目前常用的光敏电子成像器件主要有电荷耦合器件 CCD、 CMOS 传感器和电荷注入器件 CID 三类。

(一 )数字全息技术的波前记录和数值重现过程可分为三部分：a.数字全息图的获取。

将参考光和物光的干涉图样直接投射到光电探测器上，经图像采集卡获得物体的数字全息图，将其传输并存储在计算机内。