第六章_全息照相

来源：网络收集时间：2026-08-23

导读： Chapter 6 第六章光学全息照相内容提要该课件通过演示两束光的干涉，介绍了物体全部信息(振幅与位相)的记录、再现过程，从而可加深对全息照相的理解。 1948年，英国科学家丹尼斯--盖伯提出了一种新的成象原理, 即通过物光与参考光的干涉，记录物光

Chapter 6

第六章

光学全息照相

内容提要该课件通过演示两束光的干涉，介绍了物体全部信息(振幅与位相)的记录、再现过程，从而可加深对全息照相的理解。

1948年，英国科学家丹尼斯--盖伯提出了一种新的成象原理, 即通过物光与参考光的干涉，记录物光波前上各点

的全部信息的记录方法。并随着激光的出现，发展成科学技术的一个新领域。盖伯也于1971年获得诺贝尔物理学

奖。

普通照相被摄物照相机

普通照相只记录物光的振幅信息，因此，所成的是物体的平面图象。

照片

全息照相物体任一点发出的光，其波动方程为

振幅

位相

物光信息

只有既记录物光的振幅信息(亮暗分布),又记录物光的位相信息(前后差异)的照相，才有可能得到物体的立体图象。

全息照相过程:

记录

再现

6.1.1 什么是全息照相？既记录振幅又记录位相的照相术称为全息照相(Holography). 全息照相与普通照相技术相比，在原理上有着根本的区别。普通摄影技术是利用光学透镜的物像变换作用，把物体所发出(或反射)的物体光波经透镜形成像，记录在照相底片上，再在照相纸上显现出物体的平面像。而全息照相方法记录的并不是经透镜形成的物体的平面像，而是在空间传播的物体光波的波前复振幅分布。它不仅在感光底片上记录了物光的光强分布，而且还记录了物光的位相分布，也就是把物光的所有信息全部记录了下来。这种记录后的底片，经过一定的“再现”手续，即使物体已经移去，只要照明这个底片就能实现“再现”原物体光波的波前。用眼睛观察，就能看到原物体逼真的立体像。

6.1.2 全息照相的理论依据全息照相的观念早已寓于惠更斯——菲涅耳原理或基尔霍夫衍射公式中，它为人们领悟奇异的全息照相术提供了

理论依据。全息照相的过程是光波的衍射和干涉的过程。记录过程是光波的衍射与干涉过程；而再现过程是光波的衍射过程。

6.1.3 全息照相的基本叙述全息照相分两步进行：第一步是波前复振幅的记录；第二步是波前复振幅的再现。波前记录的记录介质经处理后制成全息照片，也叫做全息图；全息照片(全息图)在再现光波照明下就出现逼真立体再现像；所以全息照相也叫“两步成像”。

6.1.3.1 物体波前的记录什么是看见物体的直接原因？波前

物光光波人眼

只要存在一个与物光完全相同的光波，即使物体并不存在，我们还能看到这个物体青蛙。

6.1.3.1 物体波前的记录

物波复振幅的表示y

物光光波

O( x, y)

复振幅

振幅

相位 j ( x, y )

( x, y) ( x, y) e

6.1.3.1 物体波前的记录c’ C’ b’ B’ a’ A’ c C b B a A

O zo

图6.1.3 波带板图6.1.2物点O的记录物光波波前信息包括光波的振幅和相位。干涉法是将空间相位调制转换为空间强度调制的标准方法。波前记录过程如图6.1.2所示。设O点是一个物点，发射一个球面波照射到记录介质H上，其中AA’,BB’和CC’(实线)分别是球面光波在某一时刻的波峰，aa’,bb’和cc’(虚线)分别是波谷，另有一参考光波R,为方便，射正入射的是平面波，如果物点光波和平面参考光波是完全相干的，则此时两束光波将在记录介质上产生相干叠加。A、B、C处干涉加强，光强最大；a、b和c处干涉相

6.1.3.1 物体波前的记录光强最小；在其它点处，光强在最大和最小间变化。若记录介质相对于z轴是对称放置的，曝光后的记录介质经显影、定影处理后就是全息照片或全息图，在它上面记录的将是一系列明暗相间的干涉圆环或圆环条纹。而且中心处圆环稀疏，远离中心处，圆环依次变稠密。如图6.1.3所示的波带板一样。全息图干涉条纹的衬度(反差)记录了物体光波的振幅，干涉条纹的疏密分布记录了物体光波的位相。

记录原理(干涉) 全息图全息图上明条纹物体发出的光 o 与、暗条纹的明暗对比参考光束 R,在记录干板，反映了物光的振幅处干涉，干板仅能记录所信息；条纹的形状、形成的条纹，而不是物体疏密反映了物光的位的像。因此，全息图如上相信息，因此全息图图所示，仅为一组干涉条包含了物光的全部信纹。息。

参考光束R记录干板

物光束O

物

6.1.3.2 物体波前的再现c’ C’ b’ B’ a’ A’ O

Cc C b B a A z

zo 图6.1.2物点O的记录

O lo 图6.1.4物点的再现

O’ lc

考虑到圆环条纹对z轴的中心对称，仅画一维情况。设A是圆环的中心，令

用原来制作全息图时的参考光波来照明全息图。显然，全息图将衍射入射的照明光波，出现零级和±1级、 ±2级等衍射光波 (正弦全息光栅不存在±2级以上的高级衍射光波)如图6.1.4所示。零级是直径透过全息光栅的被衰减了的参考光波，不成像，形成背景光。 ±1级衍射波的衍射角的大小取决于该点光栅条纹的疏密。条纹越疏，越小，条纹越密，则越大。

6.1.3.2 物体波前的再现由图6.1.2的光路记录的全息图是一个中心圆环稀疏，随半径增加而依次稠密的波带板，衍射角也将随圆环半径的增加而增加。我们可发现，各基元光栅向上的+1级衍射光线其反向延长线恰恰正好都通过原来记录时物点所在的位置O上，就好像所有的+1级光线都是从O点发出来的一样。由于再现过程中，实际的物点O并不存在，故称为虚像，或称为原始像。所谓虚像就是不是实际光线会聚而形成的像。向下衍射的-1级衍射光会聚于O’点，所有向该点会聚的光线到达该点时，他们的光程差是波长的整数倍叠加成为亮点形成实像，或称为共轭像。它和原始像相对于记录介质空间对称。

对于复杂物体所形成复杂全息图可看作是由不同的环状光栅所组成。再现时，各环状光栅根据其衬度、条纹疏密和空间位置不同，分别各自重现自己的虚像点和实像点。所有这些虚像点的空间组合，构成物体的虚像；实像点的空间组合，构成物体的实像。于是具有三维感的被记录的复杂物体的全息像就被呈现出来。

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