全息照相

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更新時間: 2013-09-05

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全息照相,一種不用透鏡而能記錄和再現物體的三維(立體)圖像的照相方法。它是能夠把來自物體的光波波陣面的振幅和相位的信息記錄下來,又能在需要時再現出這種光波的一種技術。

全息照相 -創始人

全息照相Dennis Gabor
全息照相原理是1948年Dennis Gabor 為了提高電子顯微鏡的分辨本領而提出的。「全息」是指物體發出的光波的全部信息:既包括振幅或強度,也包括相位。
丹尼斯·伽柏(Dennis Gabor,1900年6月5日—1979年2月9日),英國籍匈牙利裔物理學家,因發明全息攝影而獲得1971年諾貝爾物理學獎。
1947年,伽柏在從事提高電子顯微鏡分辨本領的工作時,受布喇格在X射線金屬學方面的工作和澤爾尼克引入相干背景來顯示位相的工作的啟發,提出了全息術的設想並用以提高電子顯微鏡的分辨本領。這是一種全新的兩步無透鏡成像法,也稱為波陣面再現術。整個過程由兩步——波陣面記錄和波陣面再現——來完成。在波陣面記錄過程中,引入適當的相干參考波,使它與物體衍射(或散射)的光(物光)相干涉,把這個干涉場記錄下來,即可得到一張全息圖。全息圖是與物體毫不相似的干涉圖,它上面不僅記錄了物光的振幅信息,而且也把普通照相過程丟失的位相信息記錄了下來;在波陣面再現過程中,利用適當的相干再現光,照射全息圖,以便得到物體的實像或虛像。1948年,伽柏利用水銀燈首次獲得了全息圖及其再現像,從而創立了全息術。隨後不久,他又進一步指出了全息術的三個方面的應用前景,即全息干涉量度術、全息光學元件和全息信息存儲。


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全息照相 -原理

光波是一種電磁波,它在傳播中帶有振幅和相位的信息。普通照相是用感光材料(如照相底片)作記錄介質,用透鏡成象系統(如照相機)使物體在感光材料上成象。它所記錄的只是來自物體的光波的強度分布圖像,即振幅的信息,而不包括相位的信息。因此普通照相只能攝取二維(平面)圖像。為要同時記錄光波的振幅和相位的信息,可藉助於一束相干的參考光,利用物光和參考光的光程差,以確定兩束光波之間的相位差。因此藉助參考光,便可記錄來自物體的光波的振幅和相位的信息。 
照相技術是利用了光能引起感光乳膠發生化學變化的原理,變化的強度隨入射光強的增大而增大。普通照相使用透鏡成像原理,底片上化學反應的強度直接由物體各處的明暗決定,即由入射光波的強度決定。而全息照相不但記錄了入射光波的強度,也記錄了入射光波的相位。
在典型的離軸型全息照相的光路布局中,由激光器發出的光束被分光鏡 B分成兩束光。一束經反射鏡 M反射后直接投射於全息底片H(一種高解析度的感光材料),稱為參考光;另一束則照射物體,從物體反射(或透射)的光,稱為物光。物光和參考光在全息底片上相互干涉的結果,構成一幅非常複雜而又精細的干涉條紋圖。這些干涉條紋以其反差和位置的變化,記錄了物光的振幅和相位的信息。全息底片經過常規的顯影和定影處理之後,就成為全息圖。全息圖的外觀和原物體的外形似乎毫無聯繫,但它卻以光學編碼的形式記錄下物光的全部信息。 


全息照相 -全息照片

所謂全息照片就是一種記錄被攝物體反射(或透射)光波中全部信息的先進照相技術。全息照片不用一般的照相機,而要用一台激光器。激光束用分光鏡一分為二,其中一束照到被拍攝的景物上。另一束直接照到感光膠片即全息干板上。當光束被物體反射后,其反射光束也照射在膠片 上,就完成了全息照相的攝製過程  

全息照相 -應用領域

全息照相全息電視

全息照相的應用領域很廣泛。常用於實驗應力分析範疇的是全息干涉法,如用來研究物體的三維位移場和應力分佈(見位移場全息干涉分析,全息光彈性法)以及分析複雜構件的振型、振幅等。採用脈衝全息照相,還可研究固體中應力波的傳播和裂紋擴展過程以及在風洞實驗中研究飛行器的空氣動力特性等。在無損檢驗中,可用來檢測物體的內部缺陷和微小裂紋。將微波技術、超聲波技術和全息照相結合起來,形成了微波全息術和聲全息術,它們將在圖像識別和無損檢驗等領域中,開拓新的應用前景。

 
全息照相 -配圖
全息照相拍攝全息照片的基本光路
全息照相觀察全息照相的光路







全息照相 -相關鏈接
全息論


全息照相 -參考資料
[1] R.J.Collier, C.B.Burkhardt and L.H.Lin,OpticalHolography,Academic Press,New York,1971.










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