光学全息照相应用及发展
光学全息照相应用及发展摘要：全息照相是应用光的干涉来实现的，它用激光作光源，通过全息记录和再现过程实 现，全息照相较之普通照相有许多优点，它既记录光波的振幅，又记录位相的全部信息。所 以全息照相技术有重要的实际应用。本文主要介绍全息照相的原理，以及相关的应用和发展。一、全息照相概述所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先进照相技术。 全息照片不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到 被拍摄的景物上。另一束直接照到感光胶片即全息干板上。当光束被物体反射后，其反射光 束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。参考光二、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（波长为入）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：y = A cos（t +甲0）物光在0点处的波动方程为：y = A cos（ w t + 中）物光在a点处的波动方程为：y = A cos（ w t + 中-2兀r / 人）参考光与物光的相位差：5 = p _中+ 2兀r /人由干涉知：5中=（2 k + 1）兀处为暗条纹，解得r =人（2k + 1）兀+中 p /2兀5中=2 k兀处为明条纹，解得r =人（2k兀 + p - p ） / 2兀设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入。由几何关系知：人=sin 0 dx.d = X / sin 0x由此可知：当。不同时，物光与参考光形成的干涉条纹的间距也不同，而。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。三、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入。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0,。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。四、全息摄影的应用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。除用光波产生全息图外，已发展到可用计算机产生全息图。全息图用途很广，可作成各 种薄膜型光学元件，如各种透镜、光栅、滤波器等，可在空间重叠，十分紧凑、轻巧，适合 于宇宙飞行使用。使用全息图贮存资料，具有容量大、易提取、抗污损等优点。全息照相的方法从光学领域推广到其他领域。如微波全息、声全息等得到很大发展，成 功地应用在工业医疗等方面。地震波、电子波、X射线等方面的全息也正在深入研究中。全 息图有极其广泛的应用。如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等。 现在不仅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人们能看 到景物的各个侧面。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。参考文献：1 张三慧波动与光学2 美H.M.Smith全息光学原理3 杨维纮力学
