文档介绍：全息照相
Dennis Gabor
英国科学家丹尼斯·伽柏(Dennis Gabor)在1948年提出了新的两步无透镜成像法—波前重现原理。通过实验发现,如果有一个合适的相干参考波和一个物体衍射波同时存在,此衍射波的振幅和位相的信息就能被完全记录下来。伽柏还证明了这样记录下来的全息图(hologram)通过相干光照射全息图可得到原来物体的像。由于受光源条件的限制,在激光出现以前,全息术的研究进展缓慢,在1960年激光器诞生之后,提供了理想的相干光源,全息术得到迅速发展。全息术在干涉计量、信息贮存、光学滤波等方面获得了广泛的应用,已成为一种有效的光信息贮存和显示技术。伽柏因此获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。
本实验通过拍摄三维物体的全息图并重现其立体图像,从中理解全息照相的原理及其特点,了解全息照相的拍摄过程和摄影暗室操作技术,为进一步学习和开拓应用这一新技术奠定初步的基础。

【实验目的】
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【实验原理】
一、什么叫全息照相?全息照相和一般照相的区别
我们知道普通照相是把来自物体的光波(简称物光)通过照相机镜头成像,在照相机底片平面上将物体发出或散射的光波的强度分布记录下来,我们称它为一步成像。见图1。因为底片上的感光物质只对光强度有响应,而光波的位相分布没有被记录下。因此普通照相所得到的是物体的二维平面图像,物体的三维特征消失了,它所记录的只是物体的光强分布,也即只记录物光的振幅,而没有把物光的全部信息(振幅和位相)记录下来。
图1
全息照相则完全不同,它不用照相机镜头或其他成像装置,而是利用干涉和衍射的原理来记录和再现物体的光波,因而是一种完全新型独特的照相技术。它用干涉的方法把被摄物体的光波的全部信息——振幅和位相都记录下来,因而称为全息照相。在全息底片上丝毫看不出被摄物体的像,而只是一些互相重叠杂乱的干涉花样。当要观察被摄物体时,可利用衍射现象,把物体光波重新再现出来。由于再现的是原来物体光波,因而得到的是一个真实的、具有视差的、大景深的三维图像。综上所述,可知全息照相实际上是一种两步成像的照相技术,第一步记录下复杂的干涉图样,得到一幅全息图,称为记录过程。第二步照明全息图,再现出原始物体光波,得到与物体不可分辨的像,称为再现过程。
二、物光的记录和再现
图2是全息照相记录过程的原理图,感光片除受到来自物体的光束照明外(注意没有任何成像装置),还受到另一光束(称为参考光)的照明。如果物光和参考光是高度相干的,则物光和参考光在底片上迭加干涉,其物光的振幅信息被转换成干涉条纹的明暗对比度,物光的位相信息被转换成干涉条纹的形状和疏密分布记录下来。这样一张记录了干涉花样的底片经处理后,就是一张全息片。
在图2中,设底片平面为XY平面,、分别表示参考光在XY平面上的振幅和位相分布,因此参考光在XY平面上的复振幅为:
同样设由物体发出的物光波在XY平面上的振幅和位相分布为:
参考光和物光在底片平面处相遇相干,合成复振幅为:
+
图2
=+]
合成光强为:
由上式可知,前两项分别是参考光和物光的强度,而第三项取决于它们的相对位相关系。由此可知物光波的振幅和位相二者信息均已被记录下来,而这实际上