实验49全息照相
1948年伽伯(Cabor,D.)曾提出一种无透镜两步成像法，即用一个合适的相干参考波与一
个物体的散射波叠加，则此散波的振幅和相位的分布就以干涉图样的形式被记录在感光板上，
被记录的干涉图称全息图。用相干光照射全息图，透射光的一部分就能重新模拟出原物的散
射波波前，于是重现一个与原物非常逼真的三维图像。由于当时没有足够好的相干光源，所
以几乎没有引起人们的注意。1960年激光的出现促进了全息术的发展。并使这一想法付诸
实现。目前全息术已从光学发展到微波、Ｘ射线和声波等其它波动过程，成为科学技术的一
个新领域。
【预习重点】
(1)全息图的记录和再现三维景象的基本原理。
(2)拍摄全息图的技术要求和有关注意事项。
【实验目的】
（1）了解全息照相的基本原理。
（2）学习拍摄全息照片和观察再现图像的方法。
【实验仪器】
防震光学平台，氦氖激光器，曝光定时器及快门，扩束透镜（两个），分束器，反射镜
(两个)，全息I型干板，D19显影液和F5定影液及暗房设备。
【实验原理】
1)全息记录
普通照相建立在几何光学透镜成像的基础上，它只反映了像与物的各点具有光强(振幅)
分布的对应关系，而缺少光波的相位信息，因此它只是一个二维平面图像。全息照相是建立
在波动光学干涉和衍射规律的基础上，它不仅记录光强分布的对应关系，而且记录了相位变
化的信息，因此可以复现出原物的三维图像。
全息照相的光路如图49-1所示。氦氖激光经分束器G、反射镜M和扩束镜之后，一路
成为参考光，另一路被物漫反射成为物光，二者照于感光板H上叠加产生干涉图。从物体
上漫反射的物光波，其振幅和相位受到物体的调制，振幅给出物体亮度的信息，相位给出物
体位置和深度的信息。但相位信息不能直接被感光版H记录，而是通过与参考光的干涉，
才可将物光波阵面上各点的振幅和相位转换成空间上变化的强度分布，记录在感光版上。因
为干涉条纹中包含着待摄物体光波振幅和相位的全部信息，所以经过显影、定影处理的感光
板叫做全息图。
图49-1全息照相光路
2)物光波阵面的再现
全息图如同一块复杂的光栅。如果用原参考光做照明灯，以原角度照射全息图，从另一
侧迎着衍射光观察，在沿着照明光束方向传播的零级衍射光的一旁，必然出现一级衍射(图
49-2)。此光束在相当于原物体位置聚成一个虚像，犹如从待摄物体发出的波阵面，可称物
光波阵面的再现，这就是全息照相获得的非常逼真的立体像。另一个一级衍射，在全息图后
会聚成实像，称作共轭像。
图49-2用全息图再现物体光波
3)全息记录与再现的数学表达
设xy平面为全息感光板平面，物光和参考光在此平面的光场分布分别表示为
??
ixy
OxyAxyeO(,)(49-1)
(,)O(,)
??
ixy
RxyAxyeR(,)(49-2)
(,)R(,)
两式用复振幅同时表达了物光和参考光的振幅和相位的分布，而感光板平面上总的复振幅分
布为O+R。感光板上的光强分布若省略(x,y)，有
????
I(O+R)(O+R)IO+I