全息照相原理

全息照相原理

王颢璠

（西安交通大学理学院,应用物理专业91班）

摘要：了解全息照相的拍摄原理及观察原理，介绍了全息照相的应用. 关键词：反射衍射干涉菲涅尔-基尔霍夫积分衍射公式

PACC：0760,0768

1.引言

也称"全息摄影".一种可把被摄物反射的光波中的全部信息记录下来的新型照相技术.全息照相和常规照相不同，在底片上记录的不是三维物体的平面图像，而是光场本身.

2.全息照相的拍摄原理

拍摄全息照片的基本光路大致如

图.

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

光在底片上各处相遇时将发生干涉，底

片记录的即是各干涉条纹叠加后的图

像.

关于强度：显然参考光各处的强度是一样的，但由于物体表面的反射率不同，所以物光的强度各处不同.因此，参考光和物光叠加干涉时形成的

干涉条纹各处浓淡也就不同.

关于相位.如图.设O 为物体上某一发光点．

设参考光在a 处的波动方程为:

)cos(0ϕω+=t A y

物光在O 点的波动方程为：

)cos(11ϕω+=t A y

物光在a 处的波动方程为：

)/2cos(11λπϕωr t A y -+=

参考光与物光的相位差：

λπϕϕδϕ/210r +-=

由干涉知：=δϕ（2k+1）π处为暗条纹，

解得r=λ[（2k+1）π+10ϕϕ-]/2π

=δϕ2k π处为明条纹，解得

r=λ[2k π+10ϕϕ-]/2π

设a 、b 为相邻的两暗纹,由干涉知：a 、b 两处的物光与参考光必须都反相.因为a b 两处的参考光相同,所以其物光的波程差为λ.由几何关系知:

θ

λθλsin /sin ==d d 由此可知: 当θ不同时,物光与参考光形成的干涉条纹的间距也不 同,而θ的大小又可以反映出物光光波的相位.;再根据条纹的方向即可确定出物体的前后,上下,左右的位置.

3.全息照相的观察原理

观察全息照片的光路图如下：

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.仍考虑相邻的两条纹a和b,此时二者为两透光缝.由惠更斯-菲涅耳原理知:处于同一波阵面上的a、 b可以当成子波波源,其强度皆为激光光源的强度.沿原来从物体上O点发来的物光的方向的两束衍射光,由几何知识知其光程差恰为λ.由发光点O在底片上各处造成的透光缝透过的光形成的衍射条纹会使人眼感到原来的O点处有一发光点O’.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.

4.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.

3.在用光照射底片时,在与原来物光对称方向的两束光,其光程差也为λ,光线汇聚将会在 O”处形成一实像.

5.全息照相的应用

综上所述，全息照相是一种不用普通光学成象系统的录象方法，是六十年代发展起来的一种立体摄影和波阵面再现的新技术.由于全息照相能

够把物体表面发出的全部信息(即光波的振幅和相位)记录下来，并能完全再现被摄物体光波的全部信息，因此，全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用.例如：全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等.

除光学全息外，还发展了红外、微波和超声全息技术，这些全息技术在军事侦察和监视上有重要意义.我们知道，一般的雷达只能探测到目标方位、距离等，而全息照相则能给出目标的立体形象，这对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用.因此，备受人们的重视.但是由于可见光在大气或水中传播时衰减很快，在不良的气候下甚至于无法进行工作.为克服这个困难发展出红外、微波及超声全息技术，即用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用可见光再现物象，这种全息技术与普通全息技术的原理相同.技术的关键是寻找灵敏记录的介质及合适的再现方法.

超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图样，因此可用来进行水下侦察和监视.由于对可见光不透明的物体，往往对超声波透明，因此超声全息可用于水下的军事行动，也可用于医疗透视以及工业无损检测测等.

6.结论

全息照相与普通照相相比具有众多优点：成像具体真实，能够记录三维图像等.相信将会在未来获得进一步的发展和更广泛的利用.

参考文献：

百度百科，百度文库.

Holographic photographic principle

Wang haofan

(Applied Physics Class91, Xi’anjiaotong University )

Abstract

Understand holographic photographic filming principle and observation principle, and introduces the application of holographic photography.