彩虹全息实验

实验六 用二步法拍摄彩虹全息图一、实验目的（1）知道彩虹全息图可以用白光再现的原理。

（2）了解母全息图的拍摄特点及减小母全息图再现像的波像差技术。

（3）掌握二步法拍摄彩虹全息的方法。

（4）了解空间信息通道的原理。

二、原理概述1．什么是彩虹全息离轴全息图不能用白光再现的原因是因为色模糊造成的，为了在像面全息图的基础上进一步减小像全息图的色模糊，人们发展出了彩虹全息图。

所谓彩虹全息图实际上是在同一张干板上，同时拍摄记录下了两个物体的全息图，其一是物体的像面全息图，另一是一条距干板为明视距离(通常为25cm)的矩型狭逢的离轴全息图，如(图6-1)所示。

彩虹全息的出现开创了全息显示技术，用白光再现的全息图主要用来显示物体的三维形像，故叫做显示全息，它是别的显示方法不能代替的。

彩虹全息再现时，物体的实像浮在干板上，狭逢的实像呈现在干板前。

观察时人眼只有通过狭逢实像，才能看到物体的像，狭逢实像起了一个限制观察视角的作用（信息通道作用）。

由于是用白光再现，所以每一个波长的光都能再现出一个物像和狭逢实像，它们具有不同颜色。

它们一一对应，通过某一颜色的狭逢，只能看到同一颜色的物体。

由于狭逢在干板前的位置较远，所以错开位置也较大(即色散较大)，这样更易把不同颜色的狭逢实像分离而不重合，也就达到了把物像也分开的目的。

这样就在更大的成度上消除了色模糊，实现了白光再现。

由于可以看到由红到紫的物体图像，就似彩虹一样，这就是彩虹全息的由来。

因为要成像于干板上，按成像方法的不同可分为一步法和二步法。

2．拍摄彩虹全息图时狭缝物像位置的计算当参考光和再现光都是平行光时，狭缝的物像的位置坐标公式为μO I l l ±= (6-1) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±=R C O O I l x x ααμcos cos 1 (6-2) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛±=R C O O I l y y ββμcos cos 1 （6-3)(图6-1)用白光再现彩虹全息图式中O α，O β为物光的两个方位角，R α，R β为参考光的两个方位角，C α，C β为再现光的两个方位角，I α，I β为再现像光束的三个方位角。

一步彩虹 全息实验
导师：张子云
一、全息术的发展 英籍匈牙利科学家丹尼斯· 盖伯 (Dennis Gabor)发明了全息术 1961～1962年，E.N.利思等人对 伽柏全息图进行了改进，引入" 斜参考光束法"一举解决了"孪生 像"问题，用氦氖激光器成功地 拍摄了第一张实用的激光全息图 1969年本顿(Benton)发明了二步 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。 hsuan chen和F.T.S.Yu提出的一 步彩虹全息 Stephen Benton - Pioneer of modern holography
四、彩虹全息实验 彩虹全息实验一
实验编 号 曝光时 间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
120s 130s 140s
150s 160s 170s 180s 190s 200ss 210s
实验结 果
差
良
良
优
优
优
良
良
良
差
在当前实验参数下，肉眼观察显示150s左右拍摄的全 息图效果最佳，且从120s到150s，全息图再现像质量 递增；而从170s到210s，全息图再现像质量递减。
彩虹全息

一步彩虹全息
和
二步彩虹全息
的比较：
1）一步彩虹全息制作简单，噪声小，但视场较小； 2）二步彩虹全息制作复杂，噪声较大，但视场大。
彩虹全息图的特点： 1）可以用白光再现； 2）再现像呈现彩虹状的彩色，但再现像的色彩与原物体的 色彩无关，而仅与再现照明光包含的波长组分有关。 例如：用白炽灯照明和用日光灯照明，得到的彩虹效 果有很大差异。 3）彩虹全息属于假彩色全息。
五、总结
• 彩虹全息是一种用途广泛的全息术，目前已经广泛的 应用于产品包装，商标的印刷，以及办公多媒体。然 而彩虹全息至今的应用仍局限于实验室和部分工业方 面，在民用方面仍然需要很长时间的发展，这源于彩 虹全息对实验环境的要求较高，需要稳定的实验平台 ，相干性较好的光源，需要避免实验过程中杂光的干 扰，所以目前彩虹全息还是激光记录，白光照明再现 。学界一直在寻求白光记录，白光再现的方法，相信 随着科研人员的不懈努力，彩虹全息技术会有新的突 破。当然我们也明白，彩虹全息的问题远远没有讨论 完，依然有许多复杂的问题有待我们去发现和解决。 这也是科学让我们为之着迷的秘密所在。

彩虹全息一、实验目的：1. 通过彩虹全息实验进一步理解和掌握全息照相的原理；2. 理解彩虹全息的白光再现原理；3. 掌握彩虹全息图的制作过程及光路。

三、实验仪器：全息平台，He-Ne 激光器，曝光控制器（K ），光学元件（包括：分束器（BS ），平面反射镜（M ），扩束镜（L1），准直镜（L2），成像透镜（L3）），全息干板（H ），干板架实验方法第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。

第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。

这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。

实验步骤 1．首先按图3调好光路。

2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。

（这时可挡掉R 2）。

3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。

（可调连续分束镜或在参考光路中放置衰减镜）。

4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。

曝光时间，He －Ne 激光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。

并进行显影、定影和漂白。

5. 利用第二步记录全息图时的共轭光作参考光，将底片进行再现，观察再现结果。

6. 将白光点光源照明全息图，观察再现效果全息干板 图1 母全息图图2 第二块全息图R 2狭缝H 1H 2R 1*He －Ne 激光器透镜反射镜反射镜反射镜扩束镜扩束镜准直镜(母全息干板)图3 实验光路由于分析的记录光路是线性的，若只考虑一个物点I 0(x 0，y 0，z 0)即再现实像上的一点并不失去其普遍性。

在记录过程中，令记录所用的单色光波长为λ，参考光的发散点是R (x r ，y r ，z r )。

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。

实验二一步彩虹全息实验一、实验目的1.掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法2.制作一张一步彩虹全息图，在白光下观察其重现的像。

二、实验原理彩虹全息是像全息与狭缝技术相结合的产物，可以在白光照明下重现物体的像。

彩虹全息在被摄物和全息干板之间置一狭缝，再现物像时，也再现了狭缝像。

如果用白光照明，眼睛在狭缝像位置观察，可见特定波长光的再现像，而当实现沿垂直于狭缝像方向移动时，再现像也随之按彩虹色序发生变化。

彩虹全息图有各种不同的记录光路，如图1、2。

图1 一步彩虹全息实验图（一个全反镜，不加狭缝，可记录像全息图）三、实验步骤下面是以图2为实验光路图的实验步骤，图1光路图类似。

1、打开激光器，先摆放分束镜、2个全反镜、干板和载物台，使物光和参考光的光程相等（误差不超过2cm）。

注意：物体到干板的距离为45cm（假设成像透镜L的焦距为110mm，物体放在透镜前2倍焦距处，在透镜后2倍焦距处成等大倒立的实像，干板放在实像后1cm处）；物光与参考光的夹角θ在30°~60°；参考光光点位于干板中心；参考光与物光的光强比在4:1-8:1之间。

2、将2个准直镜（透镜焦距为190mm和300mm）分别放入物光和参考光光路中，调节透镜位置和高低，使两路光的光斑中心位于干板中央。

3、将2个扩束镜分别放入物光和参考光光路中的透镜前焦点上，使从透镜射出的光为平行光。

4、将物体放置在载物台上，用白屏或白纸观察物体的影子，物体影子应位于平行光斑的中央。

注意：物体躺倒放置；5、将焦距为110mm的透镜放在距物体22cm的地方，将在干板前1cm处可以观察到清晰的物体的像；调节物体的方向，观察物体的像，找反射最强的方向。

6、将狭缝（水平放置）放在物体与透镜之间，且与透镜的距离大于11cm，在干板架后面用毛玻璃寻找狭缝的像，通过狭缝的像观察物体的实像是否完整，若狭缝的像左右不全，可适当加大狭缝宽度或更换更小的物体。

7、曝光、显影、清水、定影、清水。

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。

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。

128 实验十六 彩虹全息图的制作实验目的制作彩虹全息图并在白光下观察其再现像。

实验方法第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。

第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。

这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。

实验光路如图3所示。

实验步骤（制母板步骤省略）1．首先按图3调好光路。

2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。

（这时可挡掉R 2）。

3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。

（可调连续分束镜或在参考光路中放置衰减镜）。

4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。

曝光时间，He －Ne 激光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。

全息干板图1 母全息图图2 第二块全息图1295．经显影、定影和漂白后的干板在白光下观察其再现现象。

注意事项1．狭缝大小和方向的选择：狭缝大小选取由虹全息来说希望越窄越好。

越窄色彩越纯，但太窄物光强太弱，不便观察，也不容易拍照。

至于狭缝方向水平放置与垂直放置均可，只是观察时移动方向不同，依习惯而定。

2．制作彩虹全息图时，参考光与物光光强比约为3:1。

且参考光与物光夹角不宜过大，以免影响衍射效率。

3．观察彩虹全息图的再现像应注意再现条件：白光方向必须是R 1*的方向，再者人眼须刚好置于狭缝原位置。

4．母全息图的制备可参考全息照相实验，为了便于再现实像和制作虹全息图，制作母全息图时物光与参考光的夹角不能太小，例如应在60︒以上，物与干板的距离也应适当选择。

实验原理下面我们稍微定量地讨论基元彩虹全息图的记录与再现。

128 实验十六 彩虹全息图的制作实验目的制作彩虹全息图并在白光下观察其再现像。

实验方法第一步：对被照物体制作一个普通的全息图H 1，叫母全息图，见图1。

第二步：将已做好的全息图H 1用R 1*照明再现物体实像，利用此实像作为物（物光），加上参考光R 2及狭缝制作出第二块全息图H 2。

这第二块全息图H 2，具有彩虹的性质，也就是在用R 2*再现时，眼睛放在狭缝位置上可以看到物体的像，若在白光下再现，人眼沿着与狭缝垂直的方向改变观察方向，可看见不同颜色、五彩缤纷的像，如图2所示。

实验光路如图3所示。

实验步骤（制母板步骤省略）1．首先按图3调好光路。

2．放上已作好的母全息图，用R 1*再现原物体实像，可在实像处放一毛玻璃观察。

（这时可挡掉R 2）。

3．挡住物光，调节参考光R 2，使参考光R 2与物光波光强比约为3:1。

（可调连续分束镜或在参考光路中放置衰减镜）。

4．挡住光源，在实像面处放上全息干板，待稳定后进行曝光。

曝光时间，He －Ne 激光器功率40mW ，天津Ⅰ型全息干板为20秒左右，GYT 型干板为90秒左右。

全息干板图1 母全息图图2 第二块全息图1295．经显影、定影和漂白后的干板在白光下观察其再现现象。

注意事项1．狭缝大小和方向的选择：狭缝大小选取由虹全息来说希望越窄越好。

越窄色彩越纯，但太窄物光强太弱，不便观察，也不容易拍照。

至于狭缝方向水平放置与垂直放置均可，只是观察时移动方向不同，依习惯而定。

2．制作彩虹全息图时，参考光与物光光强比约为3:1。

且参考光与物光夹角不宜过大，以免影响衍射效率。

3．观察彩虹全息图的再现像应注意再现条件：白光方向必须是R 1*的方向，再者人眼须刚好置于狭缝原位置。

4．母全息图的制备可参考全息照相实验，为了便于再现实像和制作虹全息图，制作母全息图时物光与参考光的夹角不能太小，例如应在60︒以上，物与干板的距离也应适当选择。

实验原理下面我们稍微定量地讨论基元彩虹全息图的记录与再现。

目录1 实验目的 (1)2 实验原理 (1)3 实验仪器 (3)4 实验内容 (3)4.1 一步彩虹全息真像纪录 (3)4.2 方孔一步彩虹全息像的再现 (4)5 实验结果 (4)6 实验总结 (5)7 感想体会 (6)8 参考文献 (6)方孔一步彩虹全息实验研究1实验目的1、了解像全息白光再现的原理及一步彩虹全息和像面全息的原理。

2、掌握一步彩虹全息图制作方法。

3、了解像面全息实验方法。

2 实验原理像面全息图的拍摄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。

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。

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。

赝像记录原理如图1所示。

狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。

用会聚光作参考光。

图1 一步彩虹全息赝像记录原理图图2 一步彩虹全息真像记录原理图真像记录原理如图2所示，狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。

成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。

图3为彩虹全息真像纪录的参考光路。

图3 彩虹全息记录光路S：激光器 SF：扩束镜 BS：分束镜 L1：成像透镜M1、M2：放射镜 O：物体 H：全息干板 S1：狭缝两种记录光路所拍摄的彩虹全息图，如用记录时的单色光再现，可以通过再现出的狭缝实像观察到所记录物体的明亮虚像（如图4）。

像全息图与一步彩虹全息图【实验目的】1. 掌握像面全息图的记录和重现原理, 并制作一张像全息图, 在白光下观察其重现像；2. 掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法, 并制作一张一步彩虹全息图, 在白光下观察其重现的准单色像。

【实验仪器】He-Ne 激光器(40 mW 左右) 1台反射镜 1 个电子快门 1 个干板架 2 个分束镜 1 个待拍摄物体 1 个扩束镜 2 个载物平台 1 台Ø100 准直镜 1 个观察屏 1 个Ø100 成像透镜 1 个全息干板若干小块【实验原理】1. 像全息图将物体靠近记录介质, 或利用成像透镜使物体成像在记录介质附近, 或者使一个全息图重现的实像靠近记录介质, 都可以在引入参考光后记录到像全息图。

当物体的像正好位于记录介质面上时, 得到像面全息图。

它是像全息的一种特例。

在记录像全息图时, 如果物体靠近记录介质,则不便于引入参考光, 故通常采用两种成像方式产生像光波: 一种方式是采用透镜成像, 如图1所示;图1 像全息图的透镜成像记录方式另一种方式则是利用全息图的重现实像作为像光波, 这时需要对物体先记录一张菲涅耳全息图H1, 然后用原参考光波的共轭光波R* 照明全息图H1 , 重现出物体的实像O* , 再用此实像作为物记录像全息图H2。

因此第二种方式包括二次全息记录与一次全息重现, 过程比较繁杂。

本实验中只研究像全息图的第一种记录方式。

由于像面全息图是把成像光束作为物光波来记录, 相当于“ 物”与全息干板重合, 物距为零, 因此当用多波长的复合光波( 如白光)重现时, 重现像的像距也相应为零, 各波长所对应的重现像都位于全息图上, 将不出现像模糊与色模糊。

因此, 像全息图可以用扩展白光光源照明重现, 观察到清晰的像。

2. 彩虹全息图彩虹全息是像全息与狭缝技术相结合的产物, 因此彩虹全息图也和像全息图一样, 可以用白光照明重现物体的像。

彩虹全息图又分为一步彩虹全息图与二步彩虹全息图, 本实验研究一步彩虹全息图。

实验16 像全息图与一步彩虹全息图【实验目的】1、掌握透镜成像记录像全息图的原理，并制作一张像全息图，用白光再现观察其再现像。

2、掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法，并制作一张一步彩虹全息图。

【实验仪器】He-Ne激光器一台(30mW左右)；扩束镜2只；φ100准直镜1只；φ100成像透镜1只；分束镜1只；观察屏1个；干板架1个；电子快门1个；待拍摄物体1个；载物平台一个；全息干板若干小块【实验原理】彩虹全息是一种白光透射全息图，它是由美国麻省理工学院教授本顿(Benton)于1969年首先提出的，后经美国宾夕法尼亚州立大学著名的美籍华人教授、光学专家杨振寰的进一步研究，有很大发展。

制作彩虹全息图的方法有两种，一种是本顿最初提出的二步法彩虹全息，另一种是杨振寰后来提出的一步法彩虹全息。

目前，彩虹全息技术已日益实用化，有商品在欧美市场出售。

此外，彩虹全息技术可以用来产生真彩色的全息像，永久性地保持彩色底片。

本实验将进行一步彩虹全息图的制作。

一步彩虹全息图在本质上是一种像面全息图，是像全息与狭缝技术相结合的产物。

为此，我们先对像面全息图作一简介。

图5-16-1 制作像面全息图的一种光路按图5-16-1所示光路拍摄的全息图即为像面全息图。

它与普通全息图的不同之处，是利用物体的像（而不是物体本身）与参考光发生干涉来记录全息图，再现像的位置就在全息图平面附近，可以用白光再现。

一步彩虹全息图与像面全息图在制作时的差别主要是，前者要在记录光路中适当的位置第 5 页插入一个狭缝，当再现物体的像时，狭缝的像也被再现出来。

如果用白光照射，当眼睛在狭缝像的位置观察时，可以看到物体相应于狭缝色彩（由红到蓝，可以由眼睛或全息图的移动而全部看到）的彩色像，故名彩虹全息图。

图5-16-2即为一步法制作彩虹全息图的光路，狭缝位于物体和成像透镜之间，既可置于透镜焦点之内，也可置于透镜焦点之外。

前一种情况使狭缝像与狭缝在透镜的同一侧；后一种情况使狭缝像在透镜的另一侧，得到物体的像是赝实像。

目录1 实验目的 (1)2 实验原理 (1)3 实验仪器 (3)4 实验内容 (3)4.1 一步彩虹全息真像纪录 (3)4.2 方孔一步彩虹全息像的再现 (4)5 实验结果 (4)6 实验总结 (5)7 感想体会 (6)8 参考文献 (6)方孔一步彩虹全息实验研究1实验目的1、了解像全息白光再现的原理及一步彩虹全息和像面全息的原理。

2、掌握一步彩虹全息图制作方法。

3、了解像面全息实验方法。

2 实验原理像面全息图的拍摄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。

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。

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。

赝像记录原理如图1所示。

狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。

用会聚光作参考光。

图1 一步彩虹全息赝像记录原理图图2 一步彩虹全息真像记录原理图真像记录原理如图2所示，狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。

成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。

图3为彩虹全息真像纪录的参考光路。

图3 彩虹全息记录光路S：激光器 SF：扩束镜 BS：分束镜 L1：成像透镜M1、M2：放射镜 O：物体 H：全息干板 S1：狭缝两种记录光路所拍摄的彩虹全息图，如用记录时的单色光再现，可以通过再现出的狭缝实像观察到所记录物体的明亮虚像（如图4）。

λ
∆ 由上图可知， H 对这两种波长所产生的色散角为 ∆θ1 并有：
设∆H 在y方向的空间频率为η ，则由光栅方程可知
，
两式相除得
= θ 因为物点很靠近z轴，， I 很小，可令 cosθ I = 1, sin θ I ，0 于是上式简化为
在彩虹全息中，当然是 ∆λ 愈小愈好。这就要求：狭 缝窄（a小）；观察距离远（ z E 大）；参考光束倾斜 度大，或者说全息图的空间频率较高等等。
1969年，本顿(Benton)受到全息图碎片可以再现完整 的物体像的启发，提出二步彩虹全息。 彩虹全息记录过程： 包括两次全息记录过程。首先，对要记录的物体摄制 一张菲涅耳离轴全息图H1,称为主全息图，记录光路如 下图所示：
第二步是用参考光的共轭光照明H1，产生物体的赝实 像。在H1的后面置一水平狭缝。实像与狭缝之间放置 全息干板H，用会聚的参考光R记录第二张全息图H， 这张全息图就叫彩虹全息图。过程如下图：
(2) 若全息图的透过率
t0 与（x，y）无关，为常数，即
照明光波通过全息图时，受到均匀吸收，仅仅是相位 被调制，可称为相位全息图。 相位全息图的制作可分为两种类型：一种是记录物质 的厚度改变，折射率不变，称为表面浮雕型。另一种 是物质厚度不变，折射率改变，称为折射率型。 (3) 相位全息图的性质 我们分析物光波和参考光波都是平面波的情况。 两束平面波相干涉产生基元光栅，我们在（5.4.1）式 中得出其光强分布公式为
在记录全息图H时，物光束受到狭缝S的限制，只是一 束细光束投射在H上，因而对应物点C`的信息在全息图 的y方向上只占一小部分 ∆H 。对于这一部分全息图，也 叫线全息图，如下图所示：
设狭缝宽为a，狭缝与H的距离为zs ，则线全息的宽度 为

第6期1996年11月 光学技术O PT I CAL T ECHNOLO GYN o.6N ov.1996参考光旋转一步法大视角彩虹全息术梁万国(北京理工大学光电工程系,北京100081)邱大庸(重庆大学应用物理系,重庆630044)摘　要:本文分析了全息图视角受限制的主要原因,其原因是再现衍射光方向受到限制。

针对这个原因,作者提出了同步旋转参考光、物体和干板,采用分时记录物体的信息,使全息图再现时形成多方向的衍射光波,从而达到扩大视角之目的。

文章中给出了理论分析和实验装置及结果。

关键词:大视角,多次曝光,一步彩虹全息术。

One-step large-v iew i ng angle ra i nbowholography by rota ti ng the reference beamL iang W anguo(D epartm ent of Op toelectrical Engineering,Beijing Institute of T echno logy,Beijing100081)Q iu D ayong(D epartm ent of A pp lied Physics,Chongqing U niversity,Chongqing630044)Abstract:In th is paper w e analysied the reason of the li m ited view ing2angle of a ho logram is the li m ited directi on of the recon structi on diffracti on ligh t.In view of the li m itati on,w e p ropo sed a m ethod of en larging the view ing2angle by synch ronou sly ro tating the ob ject、the reference ligh t and the ho lo2 graph ic p late to reco rd the ob ject at differen t ti m es.W hen the ho logram is recon structed,it w ill gener2 ate m u lti2directi on diffracti on ligh t and w e w ill see it w ith a large view ing2angle.W e carried ou t the p rinci p le of the m ethod and p ropo sed a experi m en tal configu rati on and gave ou t the resu lt.Keywords:large view ing2angle,m u lti2expo su re,one2step rainbow ho lography. 一、概　述本文针对全息图视角受限问题,着重研究大视角的彩虹全息术。

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。