文档介绍：全息照相

光学全息照相是六十年代发展起来的一门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上发出的光波的全部信息(即光波的振幅和位相)记录下来,并能完全再现被摄物光波的全部信息,因此它在精密计量、无损检验、信息存贮和处理、遥感技术和生物医学等方面有着广泛的应用。
全息照相的基本原理是以波的干涉和衍射为基础的,对于其它波动过程,如红外、微波、X光以及声波、超声波等也可适用,故有相应的微波全息,X光全息、超声全息等,使全息技术发展成为科学技术上的一个新领域。
本实验将通过静态光学全息照片的拍摄和再现观察,了解光学全息照相的基本原理、主要特征以及操作要领。
一、实验目的
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二、实验原理
普通照相只记录了物体各点的光强信息(反映在振幅上),丢掉了位像信息,得到的是一个二维平面图像,毫无立体感。全息照相是利用相干光叠加而发生干涉的原理,借助于所谓参考光波与原物光波的相互作用,记录下二种光波在记录介质上的干涉条纹,这种干涉条纹不仅保存了物光波(从物体反射的光波)的振幅信息,同时还保存了物光波的位相信息,它只有在高倍显微镜下才能观察得到。记录了干涉条纹的全息照片可以看做是个复杂的衍射光栅,当用与原参考光波相同的光再照射该光栅时,其衍射波能重现原来的物光波,在照片后原物的位置就可以观察到原被照物的三维图像。

全息照相是利用光的干涉进行全息记录的。以拍摄全息照片的光路(图1)为例说明该光路记录光波的强度信息和位相信息的原理
图 1 全息片记录光路
设X-Y平面为干涉场中照相底版所在平面,物光波O和参考光波R均为平面波,令:
O(X,Y)= O0(X,Y)exp[iψ0(X,Y)] (1)
R(X,Y)= R0(X,Y)exp[iψR(X,Y)] (2)
根据叠加原理,底版上的总场为:
U(X,Y)= O(X,Y)+R(X,Y)
= O0exp[iψ0(X,Y)]+ R0exp[iψR(X,Y)] (3)
到达它们在底版上的光强是它们合振幅的平方,即:
I(X,Y)=U *(X,Y) U(X,Y)
=( O02+R02)+ O0R0exp[i(ψ0-ψR)]+ O0ROexp[-i(ψ0-ψR)] (4)
式中O02,R02分别是物光波与参考光波各自独立照射底版时的光强度;第三、四项为物光与参考光之间的相干项。它们把物光的位相信息转化成不同光强的干涉条纹记录在干涉场中照相底版上。
可见,底版记录下来的干涉条纹光强分布包含了物光波在底版上各点的振幅和位相,因为底版上某点的光强是到达该点的参考光波与到达该点的整个物光波干涉的结果。物体上不同点由不同方向射到该点的物光都对该点的光强有贡献,这一点与普通照相底版上的点与物点一一对应不同。全息照片底版上的任何一小部分都记录着所有物点的信息,因此,通过全息照片的一块碎片也能看到整个物体的像。

曝光后的底版经过显影与定影后,得到透光率各处不同(由曝光时间及光强分布决定)的全息片,考虑振幅透射率T(=透射光的复振幅/入射光的复振幅)是曝光量的函数,选择合适的曝光量及冲洗条件,可以使得T与曝光时的光强I之间为线性关系: