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---全息照相实验报告一、实验目的1. 了解全息照相的基本原理，包括干涉和衍射原理。
2. 掌握全息照相的实验操作步骤，包括光路调节、曝光控制等。
3. 学习制作像面全息图，并观察再现像的特点。
4. 比较像面全息图与普通三维全息图的不同之处。
二、实验原理全息照相是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。
它通过将物体反射或散射光（物光）和参考光发生干涉，将来自物体的光波波阵面（物光波前）的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在感光的全息干板上。
在一定条件下，将所记录的全部信息完全再现出来，再现的物像是一个逼真的三维立体像。
三、实验仪器1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 显影及定影器材11. 凸透镜全息照相四、实验步骤1. 调节光路：将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等按照全息照相实验的要求进行调节，确保光路正确。
2. 安装全息干板：将全息干板固定在载物台上，调整其位置和角度，使物光和参考光能够同时照射到干板上。
3. 曝光：控制曝光时间，使物光和参考光在干板上形成干涉条纹。
4. 显影和定影：将曝光后的全息干板放入显影液和定影液中进行处理，使干涉条纹固定在干板上。
5. 观察再现像：将处理好的全息干板放置在适当位置，用激光照射，观察再现像的特点。
五、实验结果与分析1. 成功制作了像面全息图，并观察到了再现像。
2. 比较了像面全息图与普通三维全息图的不同之处，发现像面全息图具有更加逼真的三维效果。
3. 分析了实验过程中可能出现的误差，并提出了改进措施。
六、结论通过本次实验，我们掌握了全息照相的基本原理和实验操作步骤，成功制作了像面全息图，并观察到了再现像。
实验结果表明，全息照相技术具有广阔的应用前景，可以用于光学信息存储、光学成像等领域。
---这份实验报告仅供参考，您可以根据实际情况进行修改和补充。
基于数字全息技术的光学实验探究作者：吴铁飞来源：《数字技术与应用》2013年第12期摘要：数字全息技术是一项融合了光学、电学、信息技术学科的综合性技术，具有传统光学全息不可超越的优点，笔者首先分析了数字全息技术的记录和再现原理，其次通过具体的光学实例展示了数字全息技术在光学实验中记录和再现的应用。
关键词：数字全息光学实验菲涅尔全息图中图分类号：TP391.41；O438.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0107-011 数字全息技术的基本原理数字全息技术虽然是新兴技术，但仍然秉承了传统光学全息的理念，整个过程可以分为两步：第一步，记录。
通过用CCD接受全息图，再通过使用图像采集卡将转换为数字信息的全息图存贮到电脑中；第二步，再现。
通过计算机语言编程模拟光波得到图像的再现，为了保证图像的清晰度，必须进行滤波消除衍射像。
1.1 数字全息图的记录原理数字全息的记录和再现原理图如下图1所示。
1.2 数字全息图的再现原理数字全息图的再现是指通过电脑软件进行模拟光波衍射的再现，具体步骤如下：第一步，通过数字信息再现物体和参考光波的全息波场；第二步，根据光学衍射理论，通过电脑软件进行数字模拟光波的衍射过程，同时计算再现成像平面的光波场分布情况，就能获得物体的强度像和相位像。
2 数字全息光学实验实例将数字全息技术应用于光学实验的主要目的是帮助学生理解数字全息技术的记录和再现的基本过程，通过应用光波衍射理论并通过Matlab编程实现全息图的再现，掌握新型技术的使用方法。
下述通过使用塑料色子和USAF-1951分辨率鉴别板进行数字全息技术光学实验实例，展示数字全息图的记录和再现。
2.1 实验装置组成介绍所用光源波长为532nm，单纵模固态激光器输出功率为20mW，PBS（偏振分光棱镜）与前后半波片组成分光系统，目的为了产生偏振态相同的两束光。
一束光作为参考光，另一束光照射到物体作为物光，两者经过BS（消偏振分光棱镜）合束叠加形成全息图，最后采用CMOS相机记录再现。
#### 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。
第1篇一、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操作技术，包括光源的选择、光路的搭建、全息图的记录与再现。
3. 通过实验观察全息图的特性，如三维立体感、干涉条纹等。
4. 分析实验中可能遇到的问题及其解决方法。
二、实验原理全息照相是一种记录和再现光波波前信息的技术。
它通过将物体反射或散射的光波（物光）与参考光发生干涉，将物光波前的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在全息干板上。
当用适当的光照射全息图时，可以再现出物体的三维立体像。
全息照相的基本原理如下：1. 干涉原理：当两束相干光波相遇时，它们会相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这些条纹包含了光波的振幅和相位信息。
2. 记录原理：将物光和参考光干涉产生的干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。
3. 再现原理：用与参考光相干的光照射全息图，通过衍射和干涉作用，再现出物体的三维立体像。
三、实验仪器与材料1. 全息实验台2. 半导体激光器3. 分束镜（7:3）4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 底片夹8. 被摄物体9. 全息干板10. 曝光定时器11. 显影及定影器材四、实验步骤1. 搭建光路：将激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等仪器按照实验要求搭建好光路。
2. 选择被摄物体：将被摄物体放置在载物台上，确保其稳定。
3. 曝光：将全息干板放置在底片夹上，调整其位置，使物光和参考光在干板上形成干涉条纹。
使用曝光定时器控制曝光时间，确保干涉条纹清晰。
4. 显影与定影：将曝光后的全息干板放入显影液和定影液中处理，使干涉条纹固定。
5. 观察与记录：观察全息图上的干涉条纹，记录其特性，如条纹间距、形状等。
五、实验结果与分析1. 干涉条纹：实验中观察到的干涉条纹清晰，表明实验操作正确。
2. 再现效果：用激光照射全息图，可以看到物体的三维立体像，说明全息照相成功。
3. 影响因素：实验中发现，光路稳定性、曝光时间、显影与定影时间等因素都会影响实验结果。
数字全息图的实时动态再现陈海云;王辉;李勇;金洪震【摘要】基于液晶空间光调制器的高分辨率及其像素的微尺寸,分析了液晶空间光调制器用于数字全息图光电再现时的视角问题,并由此提出了通过空间三屏拼接的方法增大再现像视角的方法,进而利用电寻址空间光调制器的时间分辨率实现数字全息图的实时动态显示.利用经过改造的液晶背投影光学引擎系统设计了硬件实验系统,给出了实验结果.【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(031)001【总页数】4页(P41-44)【关键词】视角;空间光调制器;光电再现;光学引擎【作者】陈海云;王辉;李勇;金洪震【作者单位】浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,浙江,金华,321004【正文语种】中文【中图分类】O438.10 引言Gabor于1948年提出的全息技术[1]能够记录和再现三维物体，为三维立体显示开辟了一个新的重要方向，并且已经在光学计量、微光学、立体显示等领域得到了广泛的应用[2-3].计算全息术将全息原理与计算机技术相结合，使得全息技术的应用更加广泛和灵活[4-5]，实时全息立体显示技术的研究也逐渐向实用方向发展[6-7].随着微像素尺寸、高分辨率的液晶空间光调制器的出现，计算全息图或数字全息图可以通过液晶空间光调制器和计算机控制实现光电再现，为全息图的实时动态显示提供了新的技术基础[8].但已有的液晶数字全息再现系统因分辨率的限制只能显示小视角、静态的再现像.由于视角很小，基本上无法达到立体显示效果[9].为此笔者提出了空间三屏拼接的方法，一定程度上增大全息再现像的视角，提高立体显示效果，并在此基础上利用电寻址液晶空间光调制器的时间分辨率，对三维物体连续不同视角对应的全息图按顺序输出到液晶空间光调制器进行实时光电再现，利用人眼的视觉残留效应实现对三维物体的实时动态再现.实验中笔者利用了液晶背投影光学引擎系统，并对其进行改造，设计了符合实验需要的硬件系统.按照三屏拼接方法实现实时动态再现的需要计算了全息图阵列，编制了控制全息图顺序输出的程序，得到相应的实验结果.1 数字全息图光电再现的视角分析图1 光电再现原理图目前,高分辨率电寻址液晶空间光调制器的像素尺寸达到了微米量级，已经可用于对数字全息图进行光电再现，其系统光路原理如图1所示.全息图通过计算机视频接口输出至空间光调制器(SLM)，平行激光光束垂直照射SLM，透射光经L1会聚在焦面处得到全息再现像.由于SLM的周期性像素化结构，再现像有多组±1级衍射像出现，同时伴有零级衍射光，在L1焦面处加光阑F，选取一组合适的再现像，同时消除零级衍射光的影响.再现像的视角大小对于全息显示来讲非常重要，它直接影响到全息再现像的立体显示效果，高分辨率的液晶空间光调制器虽然已经能够用于全息图的实时光电再现，但其像素尺寸和空间分辨率的不足仍然对再现像的视角有很大的限制.如图2所示，若空间光调制器像素尺寸为p，透镜L1的焦距为f，再现光波长为λ，则再现像的可能范围大小da为[10](1)进而再现像的视角可以按图3所示进行定义，D为液晶空间光调制器的透射屏尺寸大小，则可观察到再现像全像的视角范围θ可定义为( 2 )考虑水平方向液晶空间光调制器的尺寸为D=18.432 mm，若采用焦距f=300 mm的透镜，再现光波长λ=600 mm，取d=da，则可估算视角θ约为1.28°，这对于人眼观察立体效果是不利的.采用3片液晶空间光调制器通过空间拼接的方式进行数字全息图的光电再现，空间分辨率相当于3 072×768，而此时D=18.432×3=55.296 mm,则视角θ可以达到4.79°，显然这比单屏再现时的视角增大了近3倍.图2 再现像大小示意图图3 再现像视角定义2 实验系统设计三屏空间拼接的光路原理如图4所示，激光经扩束准直后分3束垂直照射3个液晶空间光调制器，透射光经分束镜在空间精密拼接，拼接后的光束经透镜L1会聚，在焦面处得到全息再现像.实验中采用杭州三花科特光电有限公司生产的LE09X-02Fd3-b型液晶背投影光学引擎系统，其中的LCD是EPSON 0.9英寸L3D09H-41G00型TFT-LCD.性能参数如下：尺寸(18.432 mm×13.842 mm);像素大小(18 μm×18 μm);分辨率(1 024×768)；开口率(63%)；帧刷新频率(60 Hz);数据接口(VAG).图4 三屏拼接光路原理图液晶背投影光学引擎是液晶背投电视的核心器件，属于非相干光学信息处理系统，用于全息光电再现时必须进行改造.采用光学引擎系统的主要出发点是利用其与计算机的良好接口，能对计算机通过视频接口输出的彩色图像信号经RGB 3个通道，将三基色图像分别显示于3个LCD，这样在用于全息图的光电再现时，只要对全息图作一定的处理后符合RGB格式，则3幅1 024×768的子全息图数据信号即可以通过计算机视频接口和驱动电路经RGB 3个通道同时输出到LCD参与再现.比较背投影光学引擎的实际光路系统和图4所示的原理图可知，光学引擎的原有光路系统并不适合图4所示的原理图，因而本实验中将3片LCD从光学引擎中取下，重新固定后按图4所示搭建光路，3片LCD与原接口电路板信号接口相连.3 全息图阵列的计算和处理根据设计的实验系统以及菲涅耳全息原理，对动态三维物体每一个瞬间的静态场景计算得到3 072×768像素的数字全息图.如图5(a)所示，为了实现动态显示三维物体的效果，需计算得到每一瞬间静态场景的全息图并形成如图5(b)所示的全息图阵列.光学引擎系统在用于三屏空间拼接时，根据实验硬件系统的连接情况，需对计算得到的全息图阵列进行一定的处理.首先将全息图阵列中每一幅3 072×768的全息图分割成3幅1 024×768的子全息图，并根据硬件系统中RGB 3个LCD在空间的排列情况，把3幅子全息图按照图6所示的对应关系合成一幅1 024×768的RGB彩色图像.这样再现时当这幅处理后的图像输出时，经过拼接在空间展开还原成3 072×768的等效分辨率,提高了分辨率，增大了再现像视角，从而提高再现像的立体效果.图5 全息图阵列图6 全息图处理示意图4 实验结果及讨论在实验中，三维物体数据由三维面形测量仪扫描获取，由每一静态场景得到一组数据，对每组数据进行计算得到一幅3 072×768的全息图，按照图6所示对应关系用Matlab图像处理的方法得到RGB图像，形成全息图阵列.用Visual Basic 6.0编写了控制程序，控制程序可以控制计算机以一定频率输出RGB格式的全息图序列，且输出频率可调，输出最大频率为60 Hz.利用人眼视觉残留效应，可以观察到三维物体动态再现像.实验中再现光源采用半导体激光器，波长为635 nm，会聚透镜焦距为300 mm，实验所得再现立体像视角约为4.8°，输出频率初始设置为25 Hz.图7是程序运行中的一幅全息图，图8所示是实验结果，为动态显示中的某一静态再现像.图7 程序运行中的某一幅全息图图8 实验结果实验中同时也发现，由于受到液晶空间光调制器像素尺寸的限制，再现像的大小仍然有限，用三屏拼接的方法增大了全息再现像的视角范围，但其视角范围与用干板记录和再现的光学全息再现像相比仍有差距，有待于空间光调制器技术和性能的不断改进和提高.5 结论分析了液晶空间光调制器用于数字全息图光电再现时视角大小的决定因素.经理论分析和实验表明，用三屏拼接的方法可以有效地增大全息再现像的视角范围，增强立体显示效果；利用电寻址液晶空间光调制器的时间分辨率可以实现对三维物体的实时动态再现，这对推进全息立体显示向实用化方向发展有一定的意义.随着空间光调制器技术的不断发展和成熟，实时全息显示技术和全息电视也必将成为现实. 参考文献：[1]Gabor D.A New Microscope Principle[J].Nature,1948,161:777-778.[2]Kawai T.3D displays and applications[J].Displays,2002,23:49-56.[3]Lipton L.The future of autostereoscopic electronic displays[J].Prof of SPIE,1992,1669:156-162.[4]Lee W puter-generated Hologram:Techniques and Applications[J].Progress in Optics,1978,16:121-133.[5]Wang Hui,Li Yong,Jin Hongzhen,et al.Three-dimensional visualization of shape measurement data based on a computer generatedhologram[J].Journal of Optics A:Pure and Applied Optics,2003,5(9):195-199.[6]Son Y,Shestak S A,Epikhin V,et al.A Multi-Channel AOM for Real Time Electro-holography[J].Applied Optics,1999,38(14):3101-3104.[7]Choi H,Shestak S A,Kim S K,et al.Recent Improvement of Pulse Laser Electro-holographic System[J].SPIE Proc,2002,4659:76-82.[8]Sutkowski M,Kujawinska M.Application of liquid crystal(LC) devices for optoelectronic reconstruction of digitally stored holograms[J].Optics and Lasers in Engineering,2000,33:191-201.[9]Miniewicz A,Gniewek A,Parka J.Liquid crystals for photonic applications[J].Optic Materials,2002,21:605-610.[10]Hashimoto N,Hoshino K,Morokawa S.Improved Real-Time Holography System with LCDs[J].SPIE Proc,1992,1667:2-7.。
系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验名称】全息照相【目的要求】a)了解全息照相的基本原理。
b)学习全息照相的实验技术。
【仪器用具】简易隔震台, 氦氖激光器, 快门及定时曝光器, 阔属透镜,反射镜和分束器, 光电池和光电检流计, 全息底片, 被摄物体, 显微镜, 洗相设备。
【实验原理】全息照相原理是D.嘎波在1948年提出的。
60年代以后, 全息技术有了迅速和宽广的发展。
a)投射式全息照相所谓透视时全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。
i)全息记录如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来, 那就记录了底片所在位置物光波前的振幅和位相。
t(x,y) = t0−βI(x,y) = t0 - β(A R2 + A02 + 2A0A R cos(φ0−φR))ii)物光波前的重现用一束于参考光完全相同的平面波照在全息图上, 则在平面上全息图透射光的复振幅分布为:这样，系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________Ũt (x,y) = [t 0 − β(A R 2 + A 02)]A R exp[i 2πλsin α∙y] − βA R 2A 0exp(i φ0) − βA R 2A 0exp[−iφ]exp[i 2πλ2sin α∙y]透过全息图以后 平面上波前就可以分成3项, 第一项是一个衰减了的照明光, 第二项是+1级衍射, 它对应原来的物光, 第三项是物光的共轭波前。
这三项有一个角度分离, 因此我们可以分开他们。
【实验内容】a)透射式全息图的记录打开激光器, 设计安排光路, 光路满足要求:经透镜扩展后的参考光应均匀照在整个底片上, 被摄物体各部分也应得到较均匀照明； 物光和参考光的光程大致相同, 相差不要超过5cm ； 在底片处物光和参考光的光强比约为1:2到1:6.45°系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________关上照明灯（可以打开暗绿灯）。
物理光学实验及仿真智慧树知到课后章节答案2023年下浙江大学浙江大学第一章测试1.本MOOC课程的主要内容是物理光学实验和部分实验的虚拟仿真及分析。
（）A:对 B:错答案:对2.光是一种电磁波。
（）A:对 B:错答案:对3.任何物质都具有波动性。
（）A:错 B:对答案:对4.学习“物理光学”通常要关注的几个方面包括（）A:光的偏振B:光的空间频谱与空间分布C:光的界面效应：菲涅尔反射系数D:光波特性，光速（折射率）E:光的干涉和衍射答案:光的偏振;光的空间频谱与空间分布;光的界面效应：菲涅尔反射系数;光波特性，光速（折射率）;光的干涉和衍射5.迈克尔逊干涉光路也可用作光谱仪。
（）A:对 B:错答案:对6.拿起光学元件时，绝不允许触摸工作面/光学表面/镜面，而只能拿住磨砂毛面，最主要原因是（）A:光学表面会被指纹、汗液等污染甚至损坏B:光学表面容易被手指压碎C:光学表面很滑，不好拿D:光学表面可能损伤皮肤答案:光学表面会被指纹、汗液等污染甚至损坏7.下列哪一项不是激光的主要特性（）。
A:相干性好B:方向性好C:亮度较高D:光谱较宽答案:光谱较宽8.激光安全等级在哪一级或以上，使用时必须佩戴相应防护眼镜（）。
A:1级B:3级C:4级D:2级答案:3级9.下列哪些项，可能是“进行激光实验中光学元件不可手持而必须固定”的原因（）。
A:可实时调节元件位置B:防止手持不稳而摔坏元件C:防止手部抖动影响后续光路方向D:防止激光方向不可控，被反射照到其他同学答案:防止手持不稳而摔坏元件;防止手部抖动影响后续光路方向;防止激光方向不可控，被反射照到其他同学10.实验室若发生火灾，应切断总电源后，返回实验室抢救贵重仪器设备（）。
A:错 B:对答案:错第二章测试1.在F-P干涉仪测量低压钠灯波长差的实验中，低压钠灯的灯管与光阑面共轭；若在低压钠灯前面加入毛玻璃，那么光阑需要往哪个方向移动才能与低压钠灯再次共轭？（）A:不需要移动就能共轭B:沿光轴往远离低压钠灯的方向移动C:沿光轴往靠近低压钠灯的方向移动D:无法再次共轭答案:沿光轴往远离低压钠灯的方向移动2.在迈克尔逊实验中，出现或消失一个等倾圆环表示光程差变化：（）A:0.5个波长B:1.5个波长C:0.25个波长D:1个波长答案:1个波长3.在迈克尔逊干涉仪上观察白光干涉图案，程差从0逐渐增大，将出现：（）A:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、黄色、红色、紫色、红色……B:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、红色、紫色、黄色、红色……C:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、紫色、绿色、黄色、红色……D:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、红色、黄色、绿色、紫色……答案:随着程差增大条纹颜色依次为：白色、黄色、红色、紫色、红色……4.请将单纵模激光器、氦氖激光器、荧光灯、白炽灯这4种光源的相干长度由短到长排列：（）A:白炽灯，荧光灯，氦氖激光器，单纵模激光器B:氦氖激光器，单纵模激光器、荧光灯，白炽灯C:荧光灯，白炽灯，单纵模激光器，氦氖激光器D:单纵模激光器，氦氖激光器，荧光灯，白炽灯答案:白炽灯，荧光灯，氦氖激光器，单纵模激光器5.在以下的4种仪器中，哪些仪器采用分振幅法干涉？（）A:平行平板横向剪切干涉仪B:泰曼-格林干涉仪C:斐索共路干涉仪D:迈克尔逊干涉仪答案:平行平板横向剪切干涉仪;泰曼-格林干涉仪;斐索共路干涉仪;迈克尔逊干涉仪6.以下哪些检测方法或现象是基于干涉的原理？（）A:光学车间靠样板检测透镜表面B:泡泡机吹出来的彩色肥皂泡C:雨过天晴后出现的彩虹D:雨天地上的彩色油膜答案:光学车间靠样板检测透镜表面;泡泡机吹出来的彩色肥皂泡;雨天地上的彩色油膜7.观看视频后可以得出结论，在干涉实验中所使用的干涉仪都采用了分振幅法来对光波进行分离。
一、实验目的1. 了解光学全息的基本原理和实验方法。
2. 掌握光学全息实验的操作技能。
3. 通过实验观察全息图的记录和再现过程，加深对光学全息原理的理解。
二、实验原理光学全息是一种利用光的干涉和衍射原理记录和再现物体三维图像的技术。
全息照相的基本原理是将物体发出的光波与参考光束进行干涉，记录下物体的光波振幅和相位信息，从而形成全息图。
当全息图被适当的光照射时，可以再现物体的三维图像。
三、实验仪器1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 全息干板8. 显影液9. 定影液10. 暗房设备四、实验步骤1. 激光器发射的激光束经分束镜分成两束，一束作为参考光束，另一束作为物光束。
2. 物光束照射到被摄物体上，物体反射的光波与参考光束发生干涉，形成干涉条纹。
3. 干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。
4. 全息图经过显影和定影处理后，即可观察全息图的再现图像。
五、实验结果与分析1. 全息图的记录实验过程中，成功记录了被摄物体的全息图。
观察全息图，可以看到清晰的干涉条纹，表明实验过程顺利进行。
2. 全息图的再现在全息图上适当位置照射激光，可以观察到被摄物体的三维再现图像。
再现图像清晰、立体感强，与原物体相似。
3. 实验分析（1）全息图的记录：实验中，通过调整激光器、分束镜、反射镜等光学元件的位置，实现了参考光束和物光束的干涉。
干涉条纹记录在全息干板上，形成全息图。
（2）全息图的再现：在全息图上照射激光，参考光束与全息图上的干涉条纹发生干涉，形成再现光束。
再现光束与物光束具有相同的振幅和相位，从而再现被摄物体的三维图像。
六、实验总结1. 通过本次实验，成功掌握了光学全息的基本原理和实验方法。
2. 加深了对光学全息原理的理解，认识到全息技术在记录和再现三维图像方面的优势。
3. 提高了动手操作能力，为今后的科学研究奠定了基础。
七、实验展望光学全息技术在科学研究、工业生产、文化艺术等领域具有广泛的应用前景。
数字全息实验研究数字全息记录和再现原理，即利用数字全息记录程序和光电器件记录全息图，并将全息图输入计算机，由计算机进行数字再现的方法早在1967年就由Goodman等人提出，现已广泛地应用于数字显微、干涉测量、三维图像识别、医疗诊断等领域。
数字全息用光电器件替代了全息干版，免去了全息干版的冲洗工作以及降低了对全息工作台的隔振要求。
给使用者带来了更大的方便。
实验目的1．熟悉数字全息实验原理和方法；通过观察全息图的微观结构，深入理解全息记录和数字再现的原理。
2．熟悉数字全息记录光路。
3．用CMOS数字摄像头记录物体的全息图。
4．熟悉用全息图数字再现程序对所记录的全息图进行数字再现的过程。
实验原理（a）(b)图1 数字全息实验光路图2. 数字全息记录光路L0k放大倍数20或40；L rk放大倍数60；衰减器P可插入物光束；物体S为透过率物体；BS2与SX之间的物参光方向应相同（夹角为0°）图3 透射数字全息记录系统数字全息波前测量的实验光路随被测物体的不同而异，从图1到图3的光路都可以用来记录全息图。
若用图1（a ）所示的实验光路进行数字全息波前的测量，则激光器发出的光经反射镜M 1反射，被分束器BSI 分成两束；一束经过反射镜M 2反射、进入扩束镜L K1扩束，并被准直镜L 1准直，变成平行光，再由反射镜M 3反射转向，照射到被记录物体上形成物波，经由物体物漫后透过分束镜BS 2照射到数字摄像头的光敏元件表面；另一束经衰减器P 、反射镜M 4、扩束镜L K2准直镜L 2变成平行光，再经分束镜BS 2转向，形成参考光，并与物波在CMOS （或CCD ）光电器件平面上叠加干涉，形成全息图；由CMOS （或CCD ）数字摄像头记录，并借助于计算机程序，实现全息图的数字再现。
图4 数字全息记录与再现光路坐标变换设00oy x 平面内的被记录物体的透过率函数为t (x , y )，用振幅为A 的垂直平面波照明。
数字全息显微术的记录及重建实验研究
莫晓丽;谢敬辉;张浩;张博
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】2009(0)10
【摘要】对数字全息显微术原理、数字全息图的记录和重建算法进行了理论分析和实验研究.构建了基于Mach-Zender干涉仪的离轴全息图记录光路,以分辨率板为目标进行了数字离轴全息显微图的采集,数字信号后处理以及振幅、位相分布的数值重建.研究了基于菲涅耳衍射的数字重建算法,解决了数字参考光模拟,消除零级衍射和孪生像干扰及确定重建参数等问题,得到的再现像清晰.研究表明,该技术可用于微观物体的位相分布测量.
【总页数】4页(P902-905)
【关键词】数字全息显微术;菲涅耳衍射;数字再现
【作者】莫晓丽;谢敬辉;张浩;张博
【作者单位】北京理工大学光电学院;内蒙古电力科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】O438
【相关文献】
1.基于数字全息术的实时光学全息显微分辨率分析 [J], 苏娟;王辉;吴琼
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数字全息记录与光学实时再现实验一、实验目的1、理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现2、理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现3、理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现4、理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同，通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现掌握知识点：传统全息术、数字全息、计算模拟全息、菲涅尔衍射、相干光干涉、空间光调制器、光学再现二、实验仪器（详细描述见技术指标）固体激光器(机械调整结构) 一台；空间滤波器组件(显微镜、针孔及机械调整结构) 一套；分光镜两个；可调谐衰减片一个；准直透镜组件一对；CMOS图像探测器一个；透射式液晶空间光调制器一个；注意：重点分析透射式记录光路三、实验原理计算机及CCD技术的发展直接推动了全息技术的革新。
全息术已涉及形貌测量、微小物体检测、数字全息显微、防伪、医学诊断等许多领域。
传统光学全息实验是通过银盐干板或光致聚合物等记录全息图，拍摄过程对环境要求较高，冲洗过程繁琐。
本实验在传统全息术基础上，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等全息技术。
数字全息是用高分辨率CMOS记录全息图，并由计算机对全息图进行数字再现。
计算模拟全息是通过计算机模拟全息图，并通过软件实现数字再现。
光学实时再现是通过再现空间光调制器上的全息图实现的。
通过在实验系统中引入光电成像器件以及数字图像处理技术的应用，对实现光信息专业学生的综合专业技能的培养具有重要意义。
本实验为典型的光信息实验，能全面培养学生的综合实验技能。
实验内容丰富，知识点清晰，实验现象明显。
不但能训练学生动手能力，而且能增强学生分析问题能力。
教师还可根据具体情况，将计算模拟全息作为信息光学课程的演示实验。
图1 光路示意图本实验在传统全息术基础上，根据菲涅尔衍射理论，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等典型全息技术。
第1篇一、实验目的1. 了解全息拍照的基本原理及方法。
2. 掌握全息拍照的实验操作技能。
3. 通过实验，观察并分析全息照片的再现效果。
4. 深入理解全息拍照在光学领域中的应用。
二、实验原理全息拍照是一种记录物体光波的全部信息（振幅、位相）的照相技术。
其基本原理是利用光的干涉和衍射现象，将物体反射或散射的光波与参考光波进行干涉，从而在感光材料上记录下物体的三维信息。
当用激光照射全息照片时，可以观察到物体的立体图像。
三、实验仪器与材料1. 全息实验台2. 激光器3. 分束镜4. 反射镜5. 扩束镜6. 载物台7. 被摄物体8. 全息干板9. 曝光定时器10. 显影及定影器材四、实验步骤1. 准备实验仪器，搭建全息实验台。
2. 将全息干板放置在载物台上，调整激光器，使激光束垂直照射到干板上。
3. 调整分束镜，将激光束分为物光束和参考光束。
4. 将被摄物体放置在物光束的路径上，调整物体与干板的距离，使物体反射的光波与参考光束发生干涉。
5. 调整曝光定时器，控制曝光时间。
6. 拍摄全息照片。
7. 将拍摄的全息照片放入显影液中进行显影。
8. 将显影后的全息照片放入定影液中定影。
9. 观察并分析全息照片的再现效果。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，成功拍摄并得到了全息照片。
2. 在观察全息照片时，发现照片上呈现出物体的立体图像。
3. 通过调整观察角度，可以观察到物体的不同侧面。
4. 将全息照片进行碎片化处理，发现碎片仍然能够再现物体的立体图像。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了全息拍照的基本原理及方法。
2. 掌握了全息拍照的实验操作技能，包括激光器、分束镜、反射镜、扩束镜等仪器的使用。
3. 观察并分析了全息照片的再现效果，了解了全息拍照在光学领域中的应用。
4. 本次实验提高了我们的动手能力，培养了我们的创新意识。
5. 在实验过程中，我们发现全息拍照技术在三维成像、光学存储等领域具有广泛的应用前景。
七、参考文献[1] 全息拍照实验教程[M]. 北京：科学出版社，2010.[2] 全息摄影原理与实验[M]. 北京：清华大学出版社，2015.[3] 全息拍照技术在光学领域中的应用[J]. 光学技术，2017，43（2）：256-260.第2篇一、实验目的1. 了解全息拍照的基本原理和实验方法。
一．实验目的1.了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相和透射式全息照相的基本技术和方法。
2.掌握在光学平台上进行光路调整的基本方法和技能。
3.通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基本知识，拍摄合格的全息图。
二．实验原理1.反射式全息照相反射式全息照相也称为白光重现全息照相，这种全息照相用相干光记录全息图，而用“白光”照明得到重现像。
由于重现时眼睛接收的是白光在底片上的反射光，故称为反射式全息照相。
这方法的关键在于利用了布拉格条件来选择波长。
2.透射式全息照相所谓透射式全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。
这里将重点讨论以平行光作为参考光，对物光和参考光夹角较小的平面全息图的记录及再现过程。
最后再简单介绍球面波作参考光的全息照相以及体积全息照相。
1)全息记录2)物光波前的重现全息图右侧空间并无光源，因而光场就唯一地决定于z＝0处波前。
因而0级和±1级三束光从传播方向上是分离的。
0级衍射近似于一束平面波，其传播方向与全息图法线成α角。
+1级衍射则是一束球面发散波，其源点就是原来物光点源所在位置。
由于点源不是在透射光场内，因而形成虚像。
第三束光则是一束会聚的球面波，其会聚点就是实像的位置，由于波前有一项附加相位因子相当于这束球面波传播方向有一附加角度变化，很小时，这角度近似于2α。
三．实验仪器光学平台，半导体激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜，光功率计，全息干板，三枚硬币。
四．实验条件为了照好一张全息图必须具备下列几个基本条件：（1）一个很好的相干光源。
全息原理是在1948年就已提出，但由于没有合适的光源而难以实现。
激光的出现为全息照相提供了一个理想的光源。
这是因为激光具有很好的空间相干性与时间相干性。
本实验用650半导体激光器，其相干长度约为20cm。
为了保证物光和参考光之间良好的相干性，应尽可能使两束光光程相等。
（2）保证全息照相所用系统的稳定性。
数字全息显微中的准直光再现王华英;王广俊;谢建军;赵洁;王大勇【摘要】为了准确重建微小物体三维物场,采用理论分析与计算机模拟相结合的方法,研究了如何用准直光重建大数值孔径数字全息图,分析了用球面参考光波再现失效的原因,得到了位相重建的表达式;分析了由于记录距离和参考点源偏置的测量误差而导致位相重建像的畸变,作了计算机模拟验证.结果表明,对于强度重建,只要能够记录高质量的全息图,就可以得到准确的再现结果;而对于三维物场重建,只有准确测量记录距离和参考点源的偏置,才能得到准确的再现结果;由于距离的测量误差,导致再现光波场的位相分布出现了二次函数调制畸变,因此,实验过程中精确测量这两个参量是至关重要的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)002【总页数】4页(P131-133,136)【关键词】全息;数字全息显微;三维重建;准直光【作者】王华英;王广俊;谢建军;赵洁;王大勇【作者单位】北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;河北工程大学,理学院,邯郸056038;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;河南省计量科学研究院,郑州,450008;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022;北京工业大学,应用数理学院,北京,100022【正文语种】中文【中图分类】TB877引言数字全息技术的优点包括：测量的非破坏性、高灵敏性和高准确性；可以同时得到亮度和位相信息，实现三维成像；数字全息图存储、再现和传输的方便性、灵活性。
这些优势已经使数字全息技术成为近年来国内外研究的热点。
目前，在世界范围内展开了在振动分析、形貌和变形测量、粒度分析以及微电路检测、生物细胞观测等显微方面的实验研究，并已取得了较大进展[1-9]。
随着计算机技术和CCD技术的进一步发展，数字全息技术一定能在更为广泛的领域里发挥其作用。
与传统全息相比，由于CCD的空间分辨率低，因而降低了数字全息的成像分辨率，限制了其应用范围。
