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  • 全息摄影

    全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同,所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片,只能看到像指纹一样的干涉条纹,但如果用激光去照射它,人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。全息摄影可应用于工业上进行无损探伤,超声全息,全息显微镜,全息摄影存储器,全息电影和电视等许多方面。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 全息摄影 英文名: Holography
    领域: 信号记录、计算机存储等 别称: 全息照相

    目录

    简介/全息摄影 编辑

    全息摄影全息摄影
    为了满足产生光的干涉条件,通常要用相干性好的激光作光源,而且光和照射物体的光是从同一束激光分离出来的。感光片显影后成为全息图。全息图并不直接显示物体的图象。用一束激光或单色光在接近参考光的方向入射,可以在适当的角度上观察到原物的像。这是因为激光束在全息图的干涉条纹上衍射而重现原物的光波。再现的像具有三维立体感。 

    在摄制全息图时感光片上,每一点都接收到整个物体反射的光,因此,全息图的一小部分就可再现整个物体。用感光乳胶厚度等于几个光波波长的感光片,可在乳胶内形成干涉层,制成的全息图可用白光再现。如果用红、绿和蓝三种颜色的激光分别对同一物体用厚乳胶感光片上摄制全息照片,经适当的显影处理后,可得到能在白光(太阳光或灯光)下观察的有立体感和丰富色彩的诺利德彩色3D全息图。  

    原理 /全息摄影 编辑

    全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片,只能看到像指纹一样的干涉条纹,但如果用激光去照射它,人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图片即使只剩下一小部分,依然可以重现全部景物。全息摄影可应用于工业上进行无损探伤,超声全息,全息显微镜,全息摄影存储器,全息电影和电视等许多方面。产生全息图的原理可以追溯到300年前,也有人用较差的相干光源做过试验,但直到1960 年发明了激光器,全息摄影才得到较快的发展。

    激光全息摄影是一门崭新的技术,它被人们誉为20世纪的一个奇迹。它的原理于1947年由匈牙利籍的英国物理学家丹尼斯·加博尔发现,它和普通的摄影原理完全不同。直到10多年后,美国物理学家雷夫和于帕特倪克斯发明了激光后,全息摄影才得到实际应用。可以说,全息摄影是信息储存和激光技术结合的产物。

    激光全息摄影包括两步:记录和再现。

    全息记录过程是:把激光束分成两束;一束激光直接投射在感光底片上,称为参考光束;另一束激光投射在物体上,经物体反射或者透射,就携带有物体的有关信息,称为物光束.物光束经过处理也投射在感光底片的同一区域上.在感光底片上,物光束与参考光束发生相干叠加,形成干涉条纹,这就完成了一张全息图。

    全息再现的方法是:用一束激光照射全息图,这束激光的频率和传输方向应该与参考光束完全一样,于是就可以再现物体的立体图像。人从不同角度看,可看到物体不同的侧面,就好像看到真实的物体一样,只是摸不到真实的物体。 

    拍摄要求/全息摄影 编辑

    为了拍出一张满意的全息照片,拍摄系统必须具备以下要求:

    光源必须是相干光源

    通过前面分析知道,全息照相是根据光的干涉原理,所以要求光源必须具有很好的相干性。激光的出现,为全息照相提供了一个理想的光源。这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性,实验中采用He-Ne激光器,用其拍摄较小的漫散物体,可获得良好的全息图。

    全息照相系统要具有稳定性

    由于全息底片上记录的是干涉条纹,而且是又细又密的干涉条纹,所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊,甚至使干涉条纹无法记录。比如,拍摄过程中若底片位移一个微米,则条纹就分辨不清,为此,要求全息实验台是防震的。全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上。另外,气流通过光路,声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。因此,在曝光时应该禁止大声喧哗,不能随意走动,保证整个实验室绝对安静。我们的经验是,各组都调好光路后,同学们离开实验台,稳定一分钟后,再在同一时间内曝光,得到较好的效果。

    物光与参考光应满足

    物光和参考光的光程差应尽量小,两束光的光程相等最好,最多不能超过2cm,调光路时用细绳量好;两束光之间的夹角要在30°~60°之间,最好在45°左右,因为夹角小,干涉条纹就稀,这样对系统的稳定性和感光材料分辨率的要求较低;两束光的光强比要适当,一般要求在1∶1~1∶10之间都可以,光强比用硅光电池测出。

    使用高分辨率的全息底片

    因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹,所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于银化物的颗粒较粗,每毫米只能记录50~100个条纹,天津感光胶片厂生产的I型全息干板,其分辨率可达每毫米3000条,能满足全息照相的要求。

    全息照片的冲洗过程

    冲洗过程也是很关键的。我们按照配方要求配药,配出显影液、停影液、定影液和漂白液。上述几种药方都要求用蒸馏水配制,但实验证明,用纯净的自来水配制,也获得成功。冲洗过程要在暗室进行,药液千万不能见光,保持在室温20℃在右进行冲洗,配制一次药液保管得当可使用一个月左右。

    区别/全息摄影 编辑

    在普通摄影中,照相机拍摄的景物,只记录了景物的反射光的强弱,也就是反射光的振幅信息,而不能记录景物的立体信息。而全息摄影技术,能够记录景物反射光的振幅和相位。在全息影像拍摄时,记录下光波本身以及二束光相对的位相,位相是由实物与参考光线之间位置差异造成的。从全息照片上的干涉条纹上我们看不到物体的成像,必须使用具有凝聚力的激光来准确瞄准目标照射全息片,从而再现出物光的全部信息。一个叫班顿的人后来又发现了更为简便使用白光还原影像的方法,从而使这项技术逐渐走向实用阶段。

    优势/全息摄影 编辑

    再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。

    拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上,一旦照片损坏也关系不大。

    全息照片的景物立体感强,形象逼真,借助激光器可以在各种展览会上进行展示,会得到非常好的效果。

    应用/全息摄影 编辑

    全息摄影全息摄影
    全息摄影在信号记录、形变计量、计算机存储、生物学和医学研究、军事技术等领域得到广泛的应用。 

    80年代初,法国全息摄影展在世界各地展览,人们欣赏到了神奇莫测的全息摄影。墙头上,看来明明伸出了一只水龙头,举手前去拧一下,结果是抓了个空;一只镜框,里面没有什么图象,可是当一束光射过来,框里就出现一位美丽的姑娘,她缓慢地摘下眼镜,正向人微笑致意;一只玻璃罩,里面空无一物,可是,在光的照射下,罩里马上现出维纳斯像;在镜框上,玻璃罩内,图象还在不断地变换。

    在我们的生活中,当然也常常能看到全息摄影技术的运用。比如,在一些信用卡纸币上,就有运用了俄国物理学家尤里·丹尼苏克在20世纪60年代发明的全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。但这些全息图像更多只是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的,它们的感光度低,色彩也不够逼真,远不到乱真的境界。研究人员还试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂,用来制作全息识别设备。在一些战斗机上配备有此种设备,它们可以使驾驶员将注意力集中在敌人身上。把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来,展出时可以真实地立体再现文物,供参观者欣赏,而原物妥善保存,防失窃,大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告,亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰,它可再现人们喜爱的动物,多彩的花朵与蝴蝶。迅猛发展的模压彩虹全息图,既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票,也可以作为防伪标识出现在商标、证件卡、银行信用卡,甚至钞票上。装饰在书籍中的全息立体照片,以及礼品包装上闪耀的全息彩虹,使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。模压全息标识,由于它的三维层次感,并随观察角度而变化的彩虹效应,以及千变万化的防伪标记,再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合,把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。 

    照相技术/全息摄影 编辑

    随着人们对数码相机逐渐认可和接受,数码相机的市场也在一天一天的扩大,为了切分这块大蛋糕,各数码相机厂商也在不断开发新技术或将已经存在的技术迅速应用到数码相机领域,以保持和提升在数码相机领域里的地位。索尼在DSC-F707的对焦模式使用了全息摄影激光自动对焦辅助,也可以说,全息技术已经应用到了摄影领域,那么到底什么是全息技术呢?全息摄影和传统的摄影又有什么区别呢?
    全息图(Hologram)是盖伯(Gabor)在1948年为改善电子显微镜像质所提出的,其意义在于完整的记录。盖伯的实验解决了全息术发明中的基本问题,即波前的记录和再现,但由于当时缺乏明亮的相干光源(激光器),全息图的成像质量很差。1962年随着激光器的问世,利思和乌帕特尼克斯(Leith and Upatnieks)在盖伯全息术的基础上引入载频的概念发明了离轴全息术,有效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题---孪生像,三维物体显示成为当时全息术研究的热点,但这种成像科学远远超过了当时经济的发展,制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的,全息术基本成了以高昂的经费来维持不切实际的幻想的代名词。1969年本顿(Benton)发明了彩虹全息术,掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。彩虹全息图是一种能实现白光显示的平面全息图,与丹尼苏克(Denisyuk)的反射全息图相比,除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外,还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点。
    全息技术应用到照相领域要远远优越于普通的照相,普通照相是根据透镜成像原理,把立体景物“投影”到平面感光底板上,形成光强分布,记录下来的照片没有立体感,因为从各个视角看照片得到的像完全相同。全息照相再现的是一个精确复制的物光波,当我们“看”这个物光波时,可以从各个视角观察到再现立体像的不同侧面,犹如看到逼真物体一样,具有景深和视差。如果拍摄并排的两辆“奔驰”汽车模型,那么当我们改变观察方向时,后一辆车被遮盖部分就会露出来。难怪人们在展览会会为一张“奔驰”汽车拍摄的全息图而兴奋不已:“看见汽车的再现像,好像一拉车门就可以就坐上‘奔驰’,太精彩了!” 一张全息图相当于从多角度拍摄、聚焦成的许多普通照片,在这个意义一张全息的信息量相当100张或1000张普通照片。用高倍显微镜观看全息图表面,看到的是复杂的条纹,丝毫看不到物体的形象,这些条纹是利用激光照明的物体所发出的物光波与标准光波(参考光波)干涉,在平面感光底板上被记录形成的,即用编码方法把物光波“冻结”起来。一旦遇到类似于参考光波的照明光波照射,就会衍射出成像光波,它好像原物光波重新释放出来一样。所以全息照相的原理可用八个字来表述:“干涉记录,衍射再现”。

    相关文献

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    扩展阅读
    1西祠

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