二次曝光全息干涉法在测量技术中的应用

全息干涉技术在精度检测中的应用全息干涉技术是一种基于激光干涉原理的光学检测技术，它通过记录和分析干涉图案来获取被测物体的形状和表面形貌信息。

该技术在精度检测领域具有广泛的应用，在工业、科研和医学等领域都发挥着重要的作用。

全息干涉技术的原理是利用来自激光光源的相干光束进行干涉，通过光束的干涉生成全息图。

具体的操作过程包括：通过分束镜将激光光束分为参考光束和物体光束，物体光束经过被测物体后，与参考光束再次相遇，形成干涉图案。

这些干涉图案被记录在记录介质上，例如全息底片或全息敏感材料。

然后，通过光学显影等技术将全息图像传递出来，并使用适当的光学仪器进行分析和重建。

通过分析干涉图案，就可以得到被测物体的形状、表面形貌、位移、变形等精确信息。

全息干涉技术在精度检测中的应用非常广泛。

首先，在物体形状检测方面，全息干涉技术能够实现非接触式、高精度的物体形状测量。

通过记录物体的全息图，可以获取物体的三维形态信息，从而实现对物体形状的检测和测量。

这对于一些对形状要求较高的产品如精密机械零件、光学元件等非常重要。

其次，在表面形貌检测方面，全息干涉技术也发挥着重要作用。

通过分析全息图，可以获得被测物体表面的微小起伏和几何特征。

这对于涂层、纹理等需要检测表面平整度的产品具有重要意义。

全息干涉技术可以实现对物体表面形貌的测量，并显示出其微观结构的细节，提供有价值的检测数据。

此外，全息干涉技术还可以应用于精确位移和变形测量。

在工程领域中，对零件、结构件等的位移和变形进行精确测量是一项重要任务。

全息干涉技术能够实现对物体在不同应力下的位移和形变进行实时观测和分析，提供详细的变形数据。

这对于结构件的设计、制造和安全性评估具有重要意义。

除此之外，全息干涉技术还可以应用于材料的非破坏性检测。

通过全息干涉技术可以获取材料内部的微小缺陷和变形信息，实现对材料质量的评估和品质控制。

这对于一些需要高质量材料的工业生产、科研和检测过程非常重要。

二次曝光全息干涉法在测量技术中的应用摘要：二次曝光法即在全息光路布局中，用一张全息底片分别对变形前后的物体进行两次全息照相。

这时，物体在变形前后的两个光波波阵面相互重叠，固定在一张全息图中。

如全息图用拍摄时的参考光照明，再现的干涉条纹图即表征物体在两次曝光之间的变形或位移。

二次曝光全息干涉法是简单易行的常用方法，可获得高反差的干涉条纹图。

1 引言自激光全息术发明以来，激光全息技术的应用领域和范围不断拓展，对相关技术和行业的影响越来越大，尤其是近年来随着激光全息技术与其它学科技术的综合运用，激光全息技术更展现了它的巨大应用前景。

全息干涉测量技术是全息技术应用于实际的最早也是最主要的技术之一，它把普通的干涉测量同全息技术结合起来，有如下特点:(1)一般干涉测量只可用来测量形状比较简单的高度抛光表面的工件，而全息干涉测量能够对具有任意形状和粗糙表面的三维表面进行测量，精度可达光波波长数量级。

(2)由于全息图再现的像具有三维性质，故用全息技术就可以通过干涉测量方法从许多不同视角去观察一个形状复杂的物体，一个干涉测量全息图就相当于用一般干涉测量进行的多次观察。

(3)全息干涉测量可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比，因而可以探测物体在一段时间内发生的任何改变。

这样，将此一时刻物体与较早时刻的物体本身加以比较，在许多领域的应用中将有很大优点，特别是适用于任意形状和粗糙表面的测量。

(4)全息干涉测量的不足之处是其测量范围小，仅几十微米左右。

目前，全息干涉测量技术在方法上先后发展了实时全息干涉法(单次曝光法)、二次曝光全息干涉法、时间平均全息干涉法、双波长干涉法以及双脉冲频闪全息干涉法等。

二次曝光全息干涉测量法原理简单操作方便,是测定物体微小变形的有效方法。

本文只介绍二次曝光全息干涉法的原理及应用。

2 二次曝光全息干涉法的原理及典型光路2.1二次曝光全息干涉法的原理所有干涉仪的工作原理都是比较两个或多个波面的形状。

全息技术基本原理及双曝光全息干涉计量技术在微小位移测量上的应用姓名：郭昕学号：0508138摘要：介绍了光全息的特点及技术原理，以及阴谋功用领域。

通过对悬臂梁受力前后双曝光全息图进行再现，测量出干涉条纹序数与相对应的位置坐标，进而得到微小位移。

顺带测出材料的杨氏模量。

关键词：全息技术；记录与再现；双曝光全息图；悬臂梁；微小位移1．引言40多年来，全息照相已成为信息光学最活跃的领域之一。

各种类型的全息图、全息元件和设备、全息检测方法和显示技术都到了发展；各种全息记录材料和全息产品获得了应用；越来越多的科技工作者们建立起了全息实验室，并开展了大量的学术研究和应用探索。

尤其是近十多余来，全息技术的发展使全息产品走向产业化，并开始深入到人们日常生活领域。

正如美国商务通信公司(BCC)所预测：“全息照相术正以活跃、最新和增长最快的高级技术工业之一的姿态呈现于世界。

2．光全息的技术特点及原理普通照相是根据几何光学成像原理，记录下光波的强度(即振幅)，将空间物体成像在—个平面上，由于丢失了光波的相位，以而失去了物体的三维信息。

如果能够记录物光波的振幅和相位，并在一定条件下再现，则可看到包含物体全部信息的三维像。

即使物体己经移开，仍然可以看到原始物体本身具有的全部现象、包括三维感觉和视差。

利用干涉原理，将物体发出的持定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光波前的全部信息都贮存在记录介质中，故所记录的干涉条纹图样被称为“全息图”。

当用光波照射全息图时，由于衍射原理能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像。

这个波前记录和重现的过程称为全息术或全息照相。

2．1 全息照相技术的特点和优越性1. 全息照相最突出的特点为由它所形成的三维形象一张全息图看上去很象一扇窗子，当通过它观看时，物体的三维形象在眼前，让人感觉到形象就要破窗而出。

如果观察者的头部上下、左右移动时，就可以看到物体的不同侧面。

所看到的整个景像是那样的逼真，完全没有普通照片给予人们的隔膜感。

一、实验目的1. 理解全息干涉技术的原理和基本操作流程。

2. 掌握二次曝光全息干涉法的操作步骤。

3. 通过实验，观察并分析全息干涉条纹的形成和变化。

4. 学习全息干涉技术在微小形变测量中的应用。

二、实验原理全息干涉技术是一种利用光的干涉原理记录和再现物体光波波前信息的照相技术。

它能够记录物体光波的振幅和相位信息，从而实现物体的三维再现。

二次曝光全息干涉法是一种常用的全息干涉技术，通过在同一片感光板上分别记录同一物体变形前后的两张全息照片，来观察物体表面的微小形变。

三、实验仪器与材料1. 全息实验台2. 氦氖激光器3. 分束器4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 全息干板8. 显影液和定影液9. 暗房设备10. 悬臂梁四、实验步骤1. 实验准备：将全息实验台、激光器、分束器、反射镜、扩束镜、载物台、全息干板等仪器设备安装调试好。

2. 激光束调整：调整激光器，使激光束通过分束器后分成两束，一束作为参考光束，另一束作为物光束。

3. 第一次曝光：将待测悬臂梁放置在载物台上，调整悬臂梁的位置，使其位于激光束的物光路径上。

打开激光器，对悬臂梁进行第一次曝光，记录下悬臂梁的初始状态。

4. 变形处理：在第一次曝光后，对悬臂梁施加一定的力，使其发生微小形变。

5. 第二次曝光：关闭激光器，将悬臂梁恢复到初始状态，再次打开激光器，对悬臂梁进行第二次曝光，记录下悬臂梁的变形状态。

6. 显影和定影：将全息干板放入显影液和定影液中，进行显影和定影处理。

7. 观察与分析：用激光照射全息干板，观察干涉条纹的形成和变化，分析物体表面的微小形变。

五、实验结果与分析1. 通过实验观察，可以看到全息干涉条纹的形成和变化。

当悬臂梁发生微小形变时，干涉条纹会发生相应的变化，从而反映了物体表面的形变情况。

2. 通过分析干涉条纹的疏密分布，可以计算出物体表面各点位移的大小，从而实现微小形变的测量。

3. 实验结果表明，全息干涉技术在微小形变测量中具有高精度、高分辨率的特点，是一种很有应用前景的测量技术。

数字像面全息双曝光法测量物体位移的研究摘要：采用数字像面全息图与双曝光干涉法相结合测量物体位移，有效地增强了物光强度，提高了干涉图像的对比度，得到了清晰的干涉图像；并将面阵CCD 与电寻址液晶EALCD 相结合用于全息再现，成功地避免了传统的全息记录材料显影、定影、全息图复位过程以及材料非线性记录等缺点，取得了较好的实验效果。

关键词：像面全息；双曝光法；物体位移；EALCD 中图分类号：TN26文献标识码：A文章编号：1672－9870（2009）01－0025－03收稿日期：200815基金项目：总装备部预研项目（9140A17060306BQ0303）作者简介：杨坤(1981-)，女，硕士研究生，主要从事现代光学测试技术研究，E-mail ：yangkuncust@ 。

通讯作者：王文生（1944¡£ÓÃƽÐйâÕÕÃ÷ÎïÌ壬µ±002max（1）满足菲涅尔衍射条件时，CCD 记录平面上光场分布为：，ｅｘｐ２2+×，exp22+×exp2×d 0（2）式中：／以写为：，**=ºÍΪÆعâʱ¼ä£¬²ÉÓÃCCD记录全息图时，，**2*0£¨6）位移后物光波为£¨7）参考光波为，£¨8）在CCD上第一次记录全息图的光强可表示为02+*22+*+（10）总的光强可表示为，120200+=0（14）再现的原始物光波和变形物光波相干产生干涉条纹。

课题分析光学玻璃的均匀性是衡量其性能的重要指标之一，因此，再实际应用中对它的精密检测有着重要意义。

全息干涉技术是一种高精密的无损检测技术，较为详细地论述了二次曝光全息技术在玻璃均匀性测量方面的应用，做了一些理论史昂的推导和实验方法上的探索与尝试，并对其可行性进行了理论分析和实验验证，该结果与理论符合教好。

这种检测方法是非接触性的无损检测，可以方便用白光光源再现，而且检测精度较高。

将两种状态下的物体波分别记录在同一张全息图上，使两物光波发生干涉，照明再现该全息图时，会的到干涉条文，这就是全息干涉技术。

利用干涉条纹即可进行与波长同数量级的精密测量，既可对透明物体，又可对不透明物体进行非接触检测。

本课题即研究利用干涉计量的方法对玻璃的均匀性进行测量。

二次曝光全息干涉法二次曝光全息干涉法就是再同一片感光板上分别记录同一物体变形前后的两张全息照片（全息图），先后二次曝光的唯一差别在于后一次曝光前物体有了一个微小的变形或移动，而全息防振台上的整个拍摄装置和元件仍保持原状，故当在再现观察时，在再现光波照射这张经过双重曝光后，又经过化学冲洗处理的全息照片时，再看到再现物象的同时，还会在像的表面上看到由于物体的微小形变或位移而产生的干涉条纹。

如图所示，O为物光束，R为参考光束，G为样品，H为全息干板。

设参考光波为，初始物光波为，变化后的物光波为。

设两次曝光时间分别为t1和t2，再线性记录条件下，全息图的振幅透射系数Th 与曝光量成正比，即：若参考光照明再现，则再现光波为：式中，第一四项为透射光项；第二五项为原始像项；第三六项为共轭像项。

单独考虑原始像项。

其复振幅是：两束光干涉时，如果两束光的振幅相等，条纹的反衬度最佳。

所以记录时应该考虑使。

现在假定这个条件已经满足，约去不必要的常数项，可得。

这个结果与普通双光束干涉的强度分布公式相同，条纹的形状将完全取决于位相函数。

条纹的变化情况就直接反应了两次记录前后物光波的位相变化。

基于全息二次曝光的物体形变测量熊娟;孔银昌;邵明省【摘要】针对全息测量物体形变的缺点,采用全息二次曝光法.首先采用二次曝光法对光波初始物面与变化比较,通过干涉条纹的分布情况得到物体变化；然后用Rayleigh-Sommerfeld衍射对全息图卷积；接着为了得到高质量地反映相对变形场分布的干涉场,对移动相移进行修正,消除刚体位移和倾斜影响；最后用非线性扩散偏微分方程法抑制噪声,通过建立一个关于时间与空间变量的模型,其解作为恢复测量数据.实验仿真了全息二次曝光系统,实现不连续的相位变为连续相位,测量不同驱动电压的梁移动典型变形情况及单列曲线,得到了较满意的结果,与普通检测方法相比,该方法具有结果直接可靠、不损伤物体等诸多优点.%Aiming at the shortcomings of holographic when measuring the objects deformation, the holographic double exposure method is proposed. Firstly, double exposure method compares the initial light wave-front and its change. Analyzing the distribution of interference streak, the object change is obtained. Then, Rayleigh-Sommerfeld diffraction hologram convolution is carried out. In order to get high quality deformation field distribution, the mobile phase shift is revised to eliminate the influence of rigid displacement and tilt. Finally, using nonlinear diffusion partial differential e-quation method and setting up noise model depending on time and space,the solution of the model is solved as recovering measurement data. The simulation results realize deformation measurement,obtain satisfactory results.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)001【总页数】6页(P94-99)【关键词】全息卷积;二次曝光;相移修正;噪声抑制;形变【作者】熊娟;孔银昌;邵明省【作者单位】黄淮学院,河南驻马店463000;黄淮学院,河南驻马店463000;鹤壁职业技术学院,河南鹤壁458030【正文语种】中文【中图分类】O432.21 引言物体内部的缺陷在受到外力作用时，例如抽真空、充气加压、加热、振动、弯曲等加载方式的作用下，与缺陷对应的物体表面将产生与周围不同的局部微小变形，采用激光全息方法，将发生变形前后两个光波的波阵面记录下来进行对比观察，可确定物体表面位移的定量关系。

全息干涉计量全息干涉现象是人们在全息照相实践中发现的。

全息干涉计量双曝光法，即实时全息干涉计量法，在精密测量，无损检测，动态监控，生物技术等方面有着广泛的应用前景。

全息干涉计量又是科学技术上的一个新领域，涉及诸多相关学科技术。

本实验，光源采用连续波工作的激光器，摄取和再现被计量或监控物的静态形变状态。

重点了解全息双曝光技术的基本原理，主要特征和操作要领。

一、实验目的1．了解全息干涉计量的原理，有关应用及特点。

2．掌握全息干涉计量的双曝光法。

二、实验原理、应用及特点全息干涉计量是全息照相技术目前应用最广泛的应用领域之一。

它的基本原理是：借助全息干涉测量确定物体表面上的静态与动态的形变。

就是，将没有形变的物体表面形状在第一次曝光中记录在一张全息图上，再将变形的该物体的表面形状在第二次曝光中记录在同一张全息图上。

这种方法我们称为双曝光法。

在全息图再现时就必定同时出现两个有细微差异的物体表面图象。

在全息图上衍射的光互相重叠，并产生肉眼可见的干涉条纹，这些干涉条纹就是衡量物体表面形变的尺度。

利用全息干涉图能够记录物光相位的变动和光程的变动。

要是在形变的测量中，折射率是常数，光程的变动是由几何光程的变化而产生的干涉条纹。

但也可以反过来，使几何光程为常数，折射率变化。

具体操作可以这样来做，例如，将一物体放到一个玻璃容器中。

在做两次曝光时变换填充于容器内的气体，或改变压力（加温）。

这样，就会产生间隔可调的等高线；同样也可利用发射两种不同波长的一台激光器来达到。

在前面介绍的一个物体处在两种状态下通过两次曝光被记录在同一张感光材料上，物像再现时把这些变化状态同时再现出来。

在静态形变状态下光源可以采用连续波工作的激光器，而在动态形变一般就必须采用脉冲激光器。

下面再介绍全息干涉计量另一种叫瞬时观察法（实时法）。

在这种方法中是将初始状态物体利用全息技术拍摄下来，在经光化学显影、定影之后，将感光版再极精确地放回到原拍摄位置上，或将感光材料留在原处实现使显影、定影。

实验报告全息干涉技术二次曝光发测量微小形变广东第二师范学院学生实验报告123学生实验报告全息照相实验报告程子豪 xx035012 少年班01一、实验目的：1．了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点；2．学习全息照相的操作技术；3．观察和分析全息图的成像特性。

二、实验原理：2.1全息照相原理的文字表述：普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。

全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。

这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。

全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。

目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。

伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。

全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。

从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。

在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。

具体来说，全息照相包括以下两个过程：1、波前的全息记录利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。

通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着干涉条纹的强度分布，所以在干涉条纹中就包含了物光波的振幅和位相信息。