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#### 实验目的1. 理解全息照相的基本原理和过程。
2. 掌握全息照相的实验技术和操作方法。
3. 通过实验观察全息图像的记录和再现，了解全息图像的特点。
#### 实验时间2023年10月25日#### 实验地点光学实验室#### 实验器材1. 防震光学平台2. 氦氖激光器3. 分束器4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 被摄物体8. 全息干板9. 显影液10. 定影液11. 暗房设备#### 实验原理全息照相是一种利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物体的三维图像的技术。
其基本原理是利用激光作为光源，通过分束器将激光束分为物光束和参考光束。
物光束照射到被摄物体上，反射的光波与参考光束发生干涉，产生干涉条纹。
这些干涉条纹被记录在感光材料（全息干板）上，形成全息图。
当全息图受到适当的光照射时，通过衍射原理，再现出被摄物体的三维图像。
#### 实验步骤1. 设置实验装置：将全息干板固定在载物台上，调整反射镜和分束器，使激光束能够照射到全息干板上。
2. 选择被摄物体：选择一个合适的被摄物体，如小物体或图案，确保其表面平整且具有一定的纹理。
3. 记录全息图：- 打开激光器，调整激光强度和光路，使物光束和参考光束的相对角度适中。
- 将被摄物体放置在物光束的路径上，确保物体与全息干板的距离适中。
- 按下快门，记录干涉条纹。
4. 冲洗全息干板：- 将记录有干涉条纹的全息干板放入显影液中，按照规定时间进行显影。
- 显影后，将干板放入定影液中，按照规定时间进行定影。
5. 观察再现图像：- 将定影后的全息干板置于观察位置，用激光照射全息干板。
- 通过观察，可以看到被摄物体的三维图像。
#### 实验结果与分析实验成功记录了被摄物体的全息图像，并在激光照射下成功再现了三维图像。
观察结果显示，全息图像具有以下特点：1. 立体感：全息图像具有强烈的立体感，可以从不同角度观察到被摄物体的不同侧面。
2. 细节丰富：全息图像能够记录物体的细微纹理，使得再现图像更加真实。
实验报告勾天杭 pb05210273题目：全息光栅，三维全息目的：初步了解全息术的基本原理，并拍摄物体的三维全息图和制作全息光栅。
原理：预习报告和下面思考题（二）已述，不再重复思考题:一 把拍摄好的全息光栅用一束细光束垂直入射,测出L,x,计算光栅常数d 及两光束夹角φ并与测量值比较6328A λ= ,并测得/2 6.9x cm = 15.1L cm = 28ϕ=︒由光栅方程 sin d m θλ= （此处m=1）及sin θ=求得光栅常数 1.52d m μ= 由12sin (/2)242sin 2d d λϕλϕ-=⇒==︒测量值与计算值有一些偏差.因为我们拍出来的光栅不太好,只能同时看到两个点(+1和-1级不同时出现, 得把干板稍微转一个小角度才能看到+1或-1级光点),零级亮斑的光强也比较弱.所以只测量了1级光点与零级光点的距离,记为x/2.这可能会给光栅常数的计算带来误差,导致算出来的φ与测出来的φ有差距.二 简述全息术的两步成像方法,利用什么原理实现1.波前记录(双光束干涉)双光束干涉原理表明,干涉光强分布包含着干涉光束的振幅信息和位相信息,这就构成波前记录的基础. 从双光束干涉到全息记录,只需在干涉光束中用物光束替换其中的一束光. 全息干板上记录到的就是物光束O 与参考光束R 的双光束干涉条纹. 曝光后的全息干板经显影、定影处理,成为一张记录着干涉条纹的干板,称为全息图或全息照片. 这样以干涉条纹的形式记录了物光相对于参考光的振幅分布和位相分布,振幅分布表现为条纹的衬比度,位相分布表现为条纹的位置、形状和疏密.波前记录称得上是用参考光波对物光波进行的编码记录,在同一张全息干板上,就可以用不同的编码实现对不同波前的记录,这就是波前记录的多重性.考虑通常全息记录的是来自同一光源的相干波的干涉, 物体发出(透射或散射) 的光波即物光波在记录面上的光场分布为00(,)(,)exp[(,)]O x y O x y i x y =Φ,参考光在此平面上的光场分布为0(,)(,)exp[(,)]R R x y R x y i x y =Φ,记录面上某点记录的光强为)cos(2****)*)((0002020R R O R O RO OR RR OO R O R O I Φ-Φ++=+++=++=上述光强分布表明,波前记录面上每一点的光强依赖于物光波的振幅和位相, 即波前记录面上每一个点域均记录着物光波前的全部信息.在线性记录的条件下， tI H H ββββτ+=+=00t 为曝光时间，I 为总光强，β0和β为常数。
计算全息图的制作及其数字再现物理科学与工程技术学院作者姓名：杨煦、杨康明指导老师：蔡志岗教授摘要：计算机制全息图是制作全息图的一种新技术，它是利用数字计算机来综合的全息图，它不需要物体的实际存在，而是把物波的数学描述输入计算机处理后，控制绘图仪输出或显示器显示二制成的全息图。
计算全息图的数字再现是利用计算机模拟光学全息的光路，仿真菲涅尔衍射、透镜傅里叶变换等光学过程从而在虚拟的观察屏上得到全息再现像。
关键词：计算全息数字再现一、引言：早在1965年，Kozman和Kelly就提出了计算机生成全息图（Computer Generated Holography，简称CGH）的概念，那时受计算机速度、容量和显示器分辨率等因素的约束，直到80年代中期以前计算机全息图的研究一直未取得大的进展。
国内对全息技术的研究主要集中在物理光学领域。
而目前由于计算机技术的发展以及计算机硬件的进步，已经可以制作空间带宽积很大的计算全息图，但是由于输出设备的精度问题，难以制作质量很高的全息图。
因此我们将以此为研究重点，希望从编码方法上有所突破，解决这个问题。
二、实验原理计算全息图的制作和再现过程主要分为以下几个步骤：1、抽样，得到物体或波面在离散样点上的值；2、计算，计算物光波在全息平面上的光场分布；3、编码，把全息平面上光波的复振幅分布编码成为全息图的透过率变化；4、成图，在计算机控制下，将全息图的透过率变化绘制成图，如果绘图设备分辨率不够，则绘制一个较大的图，再缩版到得到使用的全息图；5、再现，这一步骤与光学全息图的再现没有什么区别。
制作一个傅立叶变换全息图的典型流程如下：（一）、抽样抽样包括对输入图像的抽样和对全息图的抽样。
实际上，输入图像和全息图像的信号都是连续的。
而计算机只能对离散的数据进行处理，所以必须对物光和全息图像进行离散化，即抽样处理。
由空间带宽积的传递不变性可以知道，在全息图平面上的空间带宽积SW 应该和物体的空间带宽积SW 相等。
空间滤波一、实验目的1．观察各种光栅、图片的付里叶频谱，加深对频谱概念的理解．2．由观察到的频谱判断输入图像的根本特征，理解物分布与其频谱函数间的对应关系，进而了解频谱分析的根本原理、方法与各种应用。
3．掌握空间滤波的根本原理，理解成像过程中“分频〞与“合成〞作用4. 掌握方向滤波、高通滤波、低通滤波等滤波技术，观察各种滤波器产生的滤波效果，加深对光学信息处理实质的认识．二、实验原理1、付立叶频谱。
设二维函数g(x，y)，其空间频谱G(ξ，η)为g(x，y)的付里叶变换，即而g〔x, y〕如此为G(ξ，η)的傅立叶逆变换，即用光学的方法可以很方便地获得二维图像g(x，y)的空间频谱G(ξ，η)．只要在一付里叶透镜的前焦面上放置一幅透射率为g(x，y)的图像，并以相干平行光束垂直照射图像，如此根据透镜的付里叶变换性质，在透镜后焦面上得到的光复振幅分布将是g(x，y)的付里叶变换G(ξ，η)，即空间频谱G(x f/λf，y f/λf)．其中λ为光波波长，f为透镜焦距，x f、y f为后焦面(即频谱面)上任意一点的位置坐标．显然．点(x f，y f)对应的空间频率为因此，在后焦面上放置毛玻璃屏，在其后通过放大镜观察频谱，或者在后焦面上放置全息干板将频谱记录下来，如果有条件，在后焦面上装置电视摄像机，并将其与电视显示器联结，在荧光屏上就可显示出图像的付里叶频谱。
如果输入图像很小，衍射屏幕和图像之间距离很远，如此在近似满足夫琅和费条件下，也可以不用透镜而直接在屏幕上得到图像的空间频谱G(x f/λz，y f/λz)，其中z为图像至屏幕的距离。
由于频谱面上的频谱函数G(ξ，η)是物函数g〔x，y)的付里叶变换，因而从实验上得到频谱函数G(ξ，η)后．即可反过来求出图像的复振幅分布g(x，y)。
据此，对图像进展简单分类．也可用于分析图像的结构比如在森林资源的考察中，根据图像的频谱可以判断哪些地区已绿化，哪些目前还是荒地，以利更好地规划．2、空间滤波空间滤波是光学信息处理的一种重要技术。
看看一维信号的例子对函数f (x ,y )进行傅立叶变换：(,)(,)f x y F u v →:2Bu 带宽为对抽样函数做傅立叶变换：(,)(,)s s f x y F u v →(,){(,)}(,)s s n m n mF u v f x y F u v x y ∞∞=−∞=−∞==−−ΔΔ∑∑F 函数在空间域被抽样，导致函数频谱F (u ,v )在空间频域的周期复现，频谱F (u ,v )的中心间隔为1/,1/x yΔΔ假定f (x ,y )是有限带宽函数，频谱在空间频域的一个有限区间上不为零，假设2Bx 和2B y 是这个有限区域在u ,v 方向上的宽度，即：(,){(,)}0F u v f x y ⎧=⎨⎩F ,x x y yB u B B v B −≤≤−≤≤这样就能用滤波的方法，分离出F (u ,v )，进而恢复出原函数二、函数的复原：只要抽样时满足抽样定理，其抽样后的函数fs (x,y)的频谱F s(u,v)就不会交叠，就可以选择一个合适的低通滤波器(如矩形函数)，通过滤波操作、再经逆傅立叶变换复原原函数f(x,y)。
脉冲幅度调制（PAM）脉冲宽度调制（PWM）脉冲位置调制（PPM）二值化，具有很强的抗干扰和抗噪声能力。
事实上、3π/2，与复平面上的实轴和虚轴所表示的在复平面上，可用四个基矢表示一个复矢量uu vvf1、f2和f3是实非负数将每一个抽样单元沿应在小单元中用开孔大小或灰度等级来表示振幅(b) 物光波的频谱(,){(,)}=FF u v f x yα≥u6.3 计算傅立叶变换全息制作过程：6.3 计算傅立叶变换全息1 26.3.1 抽样包含对物波函数和全息图的抽样物面的抽样点数：f ( x, y ) = a ( x, y ) exp[ jφ ( x, y )],X ,Y需要：δ x ≤1 1 ,δ y ≤ 2uB 2v BF (u , v) = A(u, v) exp[ jψ (u , v)], uB , vB ; 2u B , 2vB所需抽样点数为：J K =频谱面的抽样点数：需要：δ u ≤ 1 1 ,δ v ≤ X YX Yδxδy= XY 2u B 2vB = SW所需抽样点数为：M N =(a) 物光波函数 抽样：确定物面和频谱面上的抽样点数32u B 2vB = XY 2uB 2vB = SW δu δv(b) 物光波的频谱函数F (u , v) = F { f ( x, y )}可见：都刚好满足抽样定理时，物面和谱面的抽样点数相等，都 等于空间带宽积。
