大物结题论文

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1、全息照相原理及应用摘要：本文介绍了全息照相的原理和全系照片再现的原理，以及全息照相技术目前的应用现状。关键词：激光全息照相、衍射、干涉、再现、应用。1引言我们看到的世界是三维的、彩色的，这是因为每个物体发射的光被人眼接受吋，光的强弱、射向和距离、颜色都不同。从波动光学的观点看，是由于各物体发射的特定的光波不同，光的特征主要取决于光波的振幅、相位、和波长。如果能看到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三维像，这就是全息术。从1948年伽柏首次提出全息照相的思想，到1971年伽柏因全息技术获得诺贝尔物理学奖，再到如今的片光记录全息技术，短短六十年，全息技术被广泛运用到工业、医学、生

2、物、军事等多个领域，并体现出其强大的优势。2全息照相的原理全息照片的拍摄：照相技术是利用了光能引起感光乳胶发生化学变化这一原理。这化学变化的浓度随入射光强度的增大而增大，因而冲洗过的底片上各处会有明暗Z分。普通照相使用透镜成象原理，底片上各处乳剂化学反应的深度直接由物体各处的明暗决定，因而底片就记录了明暗，或者说，记录了入射光波的强度或振幅。全息照相不但记录了入射光波的强度，而且还能记录下入射光波的相位。Z所以能如此,是因为全息照相利用了光的干涉现彖。全息照相没有利用透镜成象原理，拍摄全息照片的基本光路大致如图1所示。来自同一激光光源（波长为X）的光分成两部分：一•部分直接照到照

3、相底片上，叫参考光：另一部分用來照明被拍摄物体，物体表面上各处散射的光也射到照相底片上，这部分光叫物光。参考光和物光在底片上齐处相遇时将发生干涉。所产生的干涉条纹既记录了來口物体各处的光波的强度，也记录了这些光波的相位。干涉条纹记录光波的强度的原理是容易理解的。因为射到底片上的参考光的强度是各处一样的，但物光的强度则各处不同，其分布由物体上齐处发来的光决定，这样参考光和物光叠加干涉时形成的干涉条纹在底片上各处的浓淡也不同。这浓淡就反映物体上各处发光的强度，这一点是与普通照相类似的。由于乳胶胶片具有一定厚度，但是它是透明的，故在其内部也存在着物光与参考光的相互干涉，干涉条纹也被记录

4、下来，经过处理后得到三维全息图，相当于三维衍射光栅2.1全息记录2-1图全息记录如图1所示，激光器射出的激光束通过分束镜分成两束，一束光经扩束镜扩束后直接投摄到感光底片上，这束光称为参考光，另一束光经反射镜反射及扩束镜扩束后射到被摄物体上，在经过物体反射到感光板上，这束光称为物光。两束光将在感光板上产生干涉，形成干涉条纹。光波的三角函数表达式：P表示空间屮的某个位置（x,y,z）,表示振幅的空间位置分布情况,表示相位的空间位置分布。但是由于在实际运算中，指数函数比三角函数要运算方便，所以这里用光波的复数指数式來表示，式子中包含了时间变量和空间变量，且两部分分离独立，乂因为对于单色

5、光，时间因了是相同的，所以光波的复振幅表达式可以写作：口X一、2,、亠“一「『+、—一「亠/Pt)=绅沏物光的复振幅：O(x,y)=0。3弭卩％俶刃参考光的复振幅:R(xj)=RoQvyM如佃叭分别为物光波，参考光波的振幅和初相位。当两朿光波发生干涉,其合成光波为:l!(x,刃=0(xzy)+R(x;y)合成光强满足干涉条件为:(Xy)+爲他刃]k[%(爲y)+碍(x,y)r=久仗/严十RogyF+(xfy)R.Q(x,=久(£』『+J?0(rzy)2+2久3刃尺0%刃cos(^o一珞)上面的式子表示的是一组明暗相间的干涉条纹，不是确切的物象。第一项是物光波产生的光强分布，第二项

6、是参考光波的光强分布，第三项是干涉项它使光强在感光板上产生明暗相间的条纹，以参考光的相位弘为标准，将物光的相位以光强分布的形式记录下来。干涉条纹的反衬度记录了物光波的振幅分布，干涉条纹的几何特征记录了物光波的相位特征。2.2全息再现2-2图全息再现眼畤感光板记录的并不是物体的几何图形，而是物光波的振幅和相位的全部信息的不规则的干涉图样。必须用一个与参考光束相同的光波(即再现光)去照射全息图，才能看到所照射物体的全息像。再现过程如下：Tfx,y)设再现光复振幅分布为’,全息图的振幅透过率为则透过全息图的光场为:T(x,y)=t(x,y)RUy)=k+陡儲+雋〉］R(x,y)十p屁0

7、3刃+州診如冷刃6T二++由上式可知透过全息图片的光波由四项内容组成。第一项是被衰减的再现光，透过全息图形成背景光，是零级衍射光。第二项是+1级衍射光，是一衰减的和原物光波完全相同的波面，为光波的准确再现，逆着光波可以看到一逼真的立休图像，此像为虚像。第三项是-1级衍射波所形成的与初像共轨的全息实像。这样就可以看到衍射光形成的两个全息像，一实一虚。所看到的景物具有立体感，犹如现实屮的物体一样。1全息图的特点全息照和的原理决定了它有以下特点：（1）三维性。因为全息图记录的是光波的全