单波长激光实现三维真彩色彩虹全息图的记录

全息原版制作的原理与工艺彩虹全息概述从商品包装的角度考虑，包装防伪标识不仅应该具有较强的防伪功能，而且更重要的是当在包装上使用了防伪标识后，标识不仅不破坏原来包装图案的整体协调感和装潢效果，而且应该增强原包装的装潢促销功能。

目前常用的全息防伪标识主要采用彩虹全息图。

所以本书重点介绍彩虹全息图的制作工艺。

彩虹全息是用激光记录的全息图，用白光再现单色或彩色像的一种全息技术，从再现像与原物色彩之间的异同，彩虹全息又可分为假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息两类。

彩色彩虹全息的基本特点是在记录系统中适当位置加入一个狭缝，其作用为限制了再现光波,以降低图像的色模糊，从而实现白光再现单色或彩色像。

彩虹全息首先由本顿受到全息图的碎片能再现物体完整像的启发，在1969年以二步记录全息（二步彩虹全息）的方式提出的。

二步彩虹全息先记录一张离轴菲涅耳全息图（称主全息或掩膜），如图1（a）所示。

用记录主全息时的逆参考方向的共轭光照明主全息图，使其再现孪生实像，靠近主全息放一个宽为a的水平狭缝S，以限制衍射光束即以狭光束构成孪生实像，如图1（b）所示。

这样记录的全息图即为二步彩虹全息。

用再现白光照明这彩虹全息时，物体和狭缝的再现像将激光记录时，再现像束中红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色波长光的再现像和狭缝像处在不同的位置，这样，在不同波长狭缝像的位置即看到不同颜色的像，这就是能用白光照明全息图再现单色像的原因。

如果人眼沿z轴移动，使几种颜色的光进入眼睛，就会观察到像的颜色像雨后天空中的彩虹一样，这就是彩虹全息命名的由来。

因为本顿提出的二步彩虹全息要记录二次全息图，手续较繁，易产生噪声，且不能对再现像的颜色的观察方位作设定。

所以，后来发展了一步彩虹全息、加场镜的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、无狭缝彩虹、无透镜彩虹、条形散射屏综合狭缝彩虹、编码二步彩虹和零光程差彩虹全息等多种彩虹全息技术。

考虑到商品包装对防伪标识应具备能用专色表示品牌特色的功能，能通过景特色彩的设计，景特纵深感强、装潢效果好和色彩鲜艳多变引人注目等要求，本书仅介绍具有色彩编码功能的彩虹全息的制作工艺。

全息照片的细激光束成像原理人类一直在模仿自然，尤其是在科技方面，更是离不开自然的指导和帮助。

全息照片技术就是在仿造自然现象，对光进行处理和影像记录，使得影像更加真实、明确、立体。

这是如何实现的呢？全息照片是基于光的干涉原理的，采用的是细激光束成像原理，可以将图像转换成三维的立体效果。

在漂浮着神秘幻境的电影中经常可以看到全息图案，其实这只是全息技术的应用之一，全息照片的应用场景和效果更加丰富。

比如说，在艺术制作、安全保密和虚拟现实等领域中，全息照片都可以发挥着重要作用。

全息照片的基本原理是：利用激光将被拍摄目标反射的光记录下来，不仅可以记录到光线的强弱、颜色等，还可以记录下每个光的入射角度和出射角度。

这里的细激光束指的是用激光将目标物体照射，得到的光线单一、方向一致、波长单色的特性。

这种激光束入射到光敏材料表面上时，会与参考光束相互作用，形成干涉图案。

所谓的干涉图案，就是源波和参考波的相对相位差所形成的波前叠加效应，这是光学中的基本现象之一。

全息照片的制作过程并不简单。

首先需要准备三个东西：一个光源（一束激光）、一个记录介质（通常是光敏化金属片或者彩色光敏薄膜）、一个参考光源（与目标物体相对位置确定）。

然后，将目标物体摆放在主激光束的路径上，让它反射出一束光。

接着，将参考光线与主激光束合并并让它们共同入射到记录介质上。

在这一步，光线被记录在了介质上。

介质的结构有了许多微小的起伏和凸凹，这些起伏和凸凹对于入射的光会产生很微小的相位变化，形成全息照片。

全息照片的效果惊人。

它不仅可以记录下目标物体的轮廓、形状、表面纹理等，还能体现出目标物体的不同角度下的空间形态，具有非常好的三维视觉效果。

因此，全息照片在复制画、印刷、安全印刷、虚拟现实、教育科技和计算机软件等方面都有广泛的应用。

全息照片的细激光束成像原理，不但解决了很多二维图像无法表达的立体问题，而且极大的拓展了人们对于光学的理解，也为许多跨学科的研究提供了深远的影响。

第25卷　第6期中　国　激　光V o l.A25,N o.6　1998年6月CH I N ESE JOU RNAL O F LA SER S June,1998大视角二维 三维彩虹全息标识记录刘　艺　王仕(电子科技大学应用物理系　成都610054)提要　提出了一种记录透射标识二维 三维彩虹全息图的新方法,它直接用散射狭缝光照明二维透射标识,将透射光记录为主全息图;主全息图可按普通二步彩虹一样进行二维 三维的分色、分层次记录,既保持了普通二步彩虹全息的分色、分层次的效果,又突破了普通主全息图面积和长度对再现像亮度和视角的限制,达到大视角、高亮度的效果;对光路的可行性和设置参数进行了详细的分析和讨论,相应的实验得到了满意的结果。

关键词　二维 三维,彩虹全息,狭缝,标识,大视角1　引　言 二步彩虹全息记录中[1],第一步的记录决定了物像再现时的观察视角,也在很大程度上决定了再现像的亮度;由于全息干版的长度有限,物像观察的视角受到较大的限制。

第二步记录时的狭缝接着限制了再现像的亮度。

有的一步记录系统利用从狭缝发出的散射光与参考光直接透过二维标识干涉,可以达到高光能利用率和增大狭缝长度,从而增大标识的观察视角。

但已提出的方法[2,3]需要将标识贴近全息干版,不易获得分层次记录,并且对标识进行分色记录时,曝光需要分次进行。

这增加了记录彩虹全息的操作,不利于在采用光刻胶版的模压工业中使用。

而标识的分色、分层次等信息可在二步彩虹全息术第一步记录主全息图的阶段完成操作[4],使第二步的记录一次拍摄完成,过程简单,容易保证记录的效果。

这在第二步采用光刻胶版记录彩虹全息图的模压产业中显得尤为可贵和重要。

本文结合普通二步彩虹全息图记录方式和一步记录系统的独到特点,提出一种新的二维 三维全息标识的记录方式。

方法适用于透明全息标识的记录,分为两步:第一步采用长狭缝的散射光照明标识,记录标识的主全息图,获得高光能利用率和大视角的标识全息像,并对标识进行分色和二维 三维的分层次;第二步则如同普通的彩虹全息图一样直接利用主全息图记录。

第1篇实验名称：彩虹现象实验实验日期：2023年X月X日实验地点：XX实验室实验指导教师：XXX实验参与人员：XXX一、实验目的1. 了解彩虹的形成原理和条件。

2. 观察和记录彩虹现象，分析其特征。

3. 通过实验验证光的折射、反射和色散现象。

二、实验原理彩虹是由太阳光通过大气中的水滴折射、反射和色散而形成的自然现象。

当太阳光照射到水滴上时，光线会发生折射，进入水滴内部。

在水滴内部，光线会反射多次，并随着水滴的旋转不断改变方向。

由于不同颜色的光具有不同的波长，因此在折射和反射过程中会发生色散现象，形成七彩的光带。

三、实验器材1. 水族箱或大口瓶2. 水枪或喷水壶3. 水滴收集器4. 激光笔5. 纸板6. 摄像头7. 记录本8. 笔四、实验步骤1. 将水族箱或大口瓶装满清水，并放置在阳光下。

2. 使用水枪或喷水壶向空中喷水，形成水雾。

3. 观察水雾中是否出现彩虹现象。

4. 使用激光笔照射水雾，观察是否出现彩虹现象。

5. 记录实验现象，并拍摄相关照片或视频。

6. 分析实验结果，总结彩虹形成的原因。

五、实验现象1. 在阳光照射下，向空中喷水形成水雾时，水雾中出现了彩虹现象。

2. 使用激光笔照射水雾时，水雾中出现了类似彩虹的光带。

六、实验结果分析1. 实验结果表明，在阳光照射下，水滴会发生折射、反射和色散现象，从而形成彩虹。

2. 激光笔照射水雾时，由于激光具有单色性，因此在水雾中形成的光带颜色更为明显，类似于彩虹。

七、实验结论1. 彩虹现象是由太阳光通过大气中的水滴折射、反射和色散而形成的。

2. 光的折射、反射和色散现象是彩虹形成的主要原因。

3. 实验验证了光的色散现象，并揭示了彩虹的形成原理。

八、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察水雾中彩虹的形成和变化。

2. 使用激光笔照射水雾时，注意安全，避免激光直射眼睛。

3. 实验结束后，清理实验器材，保持实验室整洁。

九、实验心得体会通过本次实验，我对彩虹现象有了更深入的了解，掌握了光的折射、反射和色散原理。

光学设计性实验报告（一步彩虹全息）姓名：学号：学院：物理学院一步彩虹全息摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。

彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。

本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。

关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现1 光学实验必须要严密，尽可能地减少实验所产生的误差；2 实验仪器防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个3 实验原理3.1 像面全息图像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。

再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。

像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。

因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。

3.2 彩虹全息的本质彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。

若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。

若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连续的。

观察者所看到的物体像具有连续变化的颜色, 像雨后天空中的彩虹一样, 因此这种全息图称为彩虹全息图。

一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种；一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。

一、实验目的1. 了解激光全息摄影的基本原理和操作步骤。

2. 学习如何利用激光全息技术记录和再现物体的三维图像。

3. 掌握激光全息实验的仪器设备使用方法和注意事项。

二、实验器材1. 激光器2. 分束镜3. 反射镜4. 扩束镜5. 载物台6. 被摄物体7. 快门8. 干板架9. 全息干板10. 显影、定影器材11. 光学元件架12. 防震全息台三、实验原理全息摄影是一种记录被摄物体反射或透射光波中全部信息（振幅、位相）的照相技术。

全息照相不仅记录了被摄物体的反射光波强度（振幅），而且还记录了反射光波的位相。

当用特殊激光照射全息图时，就可以看到一幅立体图像。

实验过程中，激光束被分束镜分为两束：一束照到被拍摄的景物上，称为物光束；另一束直接照到感光胶片即全息干板上，称为参考光束。

当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。

四、实验步骤1. 将全息干板固定在干板架上，调整激光器，使其发出的激光束通过分束镜，分为物光束和参考光束。

2. 将被摄物体放置在载物台上，调整物体与干板架的距离，使物光束能够照射到物体上。

3. 调整参考光束的照射角度，使其与物光束形成一定的夹角。

4. 打开快门，曝光全息干板，记录物光束和参考光束的干涉条纹。

5. 关闭快门，用显影、定影液处理全息干板，得到全息图。

6. 将全息图置于暗室中，用激光照射全息图，观察再现的立体图像。

五、实验结果与分析1. 成功拍摄并再现了被摄物体的三维图像。

2. 观察到再现的立体图像具有较好的清晰度和立体感。

3. 实验过程中，调整光路、曝光时间、显影、定影等参数对全息图像的再现效果有较大影响。

六、实验讨论1. 实验过程中，如何减小实验误差？- 严格控制实验环境，确保暗室无光、无振动。

- 精确调整光路，确保物光束和参考光束的夹角、光程差等参数符合要求。

- 选择合适的曝光时间、显影、定影等参数，以获得最佳的全息图像。

2. 影响全息图像再现效果的因素有哪些？- 系统稳定性：实验过程中，任何微小的振动和位移都会引起干涉条纹的模糊不清，甚至使干涉条纹完全不能记录下来。

全息照片工作原理引言：随着科技的不断进步和发展，全息照片作为一种新兴的图像展示技术，已经逐渐走进了人们的视野。

那么，全息照片到底是如何工作的呢？本文将介绍全息照片的工作原理及其应用。

一、全息照片的定义和特点全息照片是一种可以记录和再现三维图像的技术，其与传统的平面照片不同，能够呈现出更加真实、立体的效果。

全息照片的特点包括：高度还原真实物体的形状和颜色、无视角限制、可观察到物体的前后景深。

二、全息照片的工作原理全息照片的工作原理可以分为三个主要步骤：记录、重建和再现。

1. 记录全息照片的记录过程是通过激光干涉来实现的。

首先，激光器会发出一束单色、相干光，这束光被分为两部分：物光和参考光。

物光会经过物体后，被反射或散射，然后与参考光在感光介质上交叉干涉。

感光介质可以是一张玻璃板或者一片薄膜，其表面涂有感光材料。

干涉产生的光强分布会在感光介质上留下一个全息图样，这就是全息照片的记录。

2. 重建重建是指将记录在感光介质上的全息图样转化为可观察到的三维图像。

在重建过程中，需要使用与记录过程中相同的激光器发出一束相干光，这束光被称为重建光。

当重建光照射到感光介质上时，它会与记录光产生干涉，从而使得记录光的信息被恢复出来。

通过调整重建光的角度和位置，可以观察到不同的视角和景深。

3. 再现再现是指将重建的三维图像以可见光的形式展示出来。

一种常见的再现方法是使用透射式全息照片，将重建光通过感光介质传递到观察者的眼睛。

观察者可以通过调整观察角度，直接看到立体感强烈的三维图像。

此外，还可以使用反射式全息照片，在重建光照射到感光介质上后，再通过反射到观察者的眼睛，实现三维图像的再现。

三、全息照片的应用全息照片作为一种具有高度真实感的图像展示技术，广泛应用于多个领域。

1. 教育和文化全息照片可以用于教育和文化领域，例如在博物馆中展示文物、在学校中展示生物结构等。

通过观察全息照片，人们可以更直观地了解物体的形状和结构。

2. 广告和展示全息照片在广告和展示方面也有着广泛的应用。