激光全息照相实验指导书-

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1、综合性实验项目：激光全息照相实验指导书项目负责人：实验四、激光全息照相实验学时：4实验类型：综合性实验所属课程名称：信息光学实验指导书名称：光学信息处理实验相关理论课程名称：信息光学、光学、数字图像处理（一）教学目的与要求1.目的：（1）了解全息照相的发展过程及应用，比较全息照相与普通照相的区别。（2）理解全息照相的原理及特点。（3）掌握高对比度、高信噪比全息图的记录方法。（4）学会利用Matlab软件编写无透镜傅里叶数字全息图的强度再现方法。（5）进一步熟悉光路的调整方法。2.要求：（1）实验过程中不

2、允许碰光学隔振平台；（2）不允许用手触摸光学元件表面；（3）实验中不允许大声说话和走动；（4）认真撰写实验报告并回答相关问题；（5）实验完毕关掉光源、计算机，并及时在实验记录本上签字，拖地后再离开。（二）实验安排1.课前预习：（1）全息照相原理及方法。（2）菲涅耳衍射公式。（3）无透镜傅里叶变换全息的记录光路。（4）初步学习Matlab软件基础知识。2.实验过程：（1）教师提问问题（全息的含义、全息照相的原理及关键技术），检查学生预习情况。（2）教师强调讲解：a)全息照相原理、高质量全息图的记录条件及方

3、法、无透镜傅里叶变换全息的优点及光路调节要求。b)无透镜傅里叶变换数字全息的再现方法及Matlab编程。（3）教师进行光路调节演示及数值再现演示。（4）学生实验，教师现场指导。3.实验后：（1）实验器材规整、签字。（2）打扫卫生。（3）撰写实验报告。（三）实验教学内容1.全息照相的原理和方法（1）前言全息照相的基本原理是以光波的干涉和衍射为基础的，1948年物理学家伽伯(D1Gabor)首先提出一种无透镜两步成像法，称做波前再现或全息术，1964年利思(Lefth)等成功地获得三维图象的全息照片。196

4、0年激光器的问世促进了全息术的发展，成为科学技术上一个崭新的领域。激光全息摄影技术正飞速发展，并在干涉计量学、无损检测、信息处理、遥感技术、生物医学、国防工程等科技领域获得广泛的应用，有着广阔的发展前景。目前全息技术的应用已涉及到各个领域：军事上模拟真实目标，进行驾驶训练；艺术上可以复制历史文物，制作全息首饰、全息肖像、全息风景；工业上制作防伪商标；科学上用于全息干涉计量、测量诊断技术等。全息图记录了物光波的全部信息，再现时可看到一个逼真的三维图象，立体感强。全息图上的每一点都携带有被摄物的全部信息，全

5、息摄影图具有可分割性，分割后的每一小块干板都可再现完整的物体象。一张全息干板可重叠摄制多个全息图。（2）原理①人眼视物的简单机理光是电磁波，在光波中产生感光作用和生理作用的是电场强度E0。一列单色光波可表示为E=E0cos(ωt-2πrΠλ+φ0)物体上的每一点都向空间各个方向发出光波:透射波、反射波、散射波等，统称为物波。物波携带着物体的信息，如颜色、明暗、凹凸等。这些信息在物波的函数中用频率f(ω=2πf)、振幅E0、相位(ωt-2πΠλ+φ0)表示。人眼之所以能看到物体，是因为人眼接受到物体各部分

6、所发出的物波。物波所能到达的任一点，都包含有物体上各部分所有的信息，所以尽管眼睛的瞳孔直径很小，却仍能观察到物体的全貌。如果能将物波保存下来，即使物体不存在了，只要物波还在，人们仍能看到物体。用照相的办法就可以保存物波。但普通照相只能存储物波中振幅的信息，丢失了相位的信息。全息照相则能把物波的全部信息存储起来。②普通照相及其缺陷光可以引起照相底片(感光材料)上乳胶层的化学变化，而且这化学变化的深度随入射光的强度增大而增大。因而照相底片可以“感受”(记录)光强的分布，不同的光强在底片上反映为不同的浓淡；但

7、是底片不能“感受”相位的分布，不同的相位在底片上并无区别。基于几何光学成像原理的普通照相，是通过照相机镜头使物体成像于底片上，底片只记录了光强(振幅)分布，反映了物体各部分的明暗。而对相位的差别则不能分辨，也就无法反映物体表面的凹凸和距底片的远近，从而失去了立体感。③全息照相的物理思想普通照相所不能记录的相位分布在全息照相中是如何被记录的？它的创造性的思想就是：把感光材料所不能“感受”的相位分布，利用光的干涉现象，使之转化为底片能记录的光强分布。具体地说，把来自物体的光波称为物光(O光)，再引入一束与之

8、相干的参考光(R光)，让参考光和物光同时照在底片上。在底片上的各点处，R光相位都相同，而O光的相位不相同，从而O光与R光在各处的相位差也不同，经干涉后各处的条纹亮暗程度就不同。这样底片就可以在记录下物光振幅分布的同时，也记录下了其相位分布，即记录下了物光的全部信息，这就是全息照相的重要物理思想。本实验就是从实践上实现这一物理思想的。④全息照相的实验过程：记录和再现全息照相的记录——光的干涉激光束照射物体产生物光束，另一束激光作为参考光束，使