彩虹全息实验过程
实验六 用二步法拍摄彩虹全息图
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PPT
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。
全息原版制作的原理与工艺
全息原版制作的原理与工艺彩虹全息概述从商品包装的角度考虑，包装防伪标识不仅应该具有较强的防伪功能，而且更重要的是当在包装上使用了防伪标识后，标识不仅不破坏原来包装图案的整体协调感和装潢效果，而且应该增强原包装的装潢促销功能。
目前常用的全息防伪标识主要采用彩虹全息图。
所以本书重点介绍彩虹全息图的制作工艺。
彩虹全息是用激光记录的全息图，用白光再现单色或彩色像的一种全息技术，从再现像与原物色彩之间的异同，彩虹全息又可分为假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息两类。
彩色彩虹全息的基本特点是在记录系统中适当位置加入一个狭缝，其作用为限制了再现光波,以降低图像的色模糊，从而实现白光再现单色或彩色像。
彩虹全息首先由本顿受到全息图的碎片能再现物体完整像的启发，在1969年以二步记录全息（二步彩虹全息）的方式提出的。
二步彩虹全息先记录一张离轴菲涅耳全息图（称主全息或掩膜），如图1（a）所示。
用记录主全息时的逆参考方向的共轭光照明主全息图，使其再现孪生实像，靠近主全息放一个宽为a的水平狭缝S，以限制衍射光束即以狭光束构成孪生实像，如图1（b）所示。
这样记录的全息图即为二步彩虹全息。
用再现白光照明这彩虹全息时，物体和狭缝的再现像将激光记录时，再现像束中红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色波长光的再现像和狭缝像处在不同的位置，这样，在不同波长狭缝像的位置即看到不同颜色的像，这就是能用白光照明全息图再现单色像的原因。
如果人眼沿z轴移动，使几种颜色的光进入眼睛，就会观察到像的颜色像雨后天空中的彩虹一样，这就是彩虹全息命名的由来。
因为本顿提出的二步彩虹全息要记录二次全息图，手续较繁，易产生噪声，且不能对再现像的颜色的观察方位作设定。
所以，后来发展了一步彩虹全息、加场镜的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、无狭缝彩虹、无透镜彩虹、条形散射屏综合狭缝彩虹、编码二步彩虹和零光程差彩虹全息等多种彩虹全息技术。
考虑到商品包装对防伪标识应具备能用专色表示品牌特色的功能，能通过景特色彩的设计，景特纵深感强、装潢效果好和色彩鲜艳多变引人注目等要求，本书仅介绍具有色彩编码功能的彩虹全息的制作工艺。
一步彩虹全息
注意事项
• 1.不要让激光直射眼睛，避免灼伤眼睛； • 2.激光电源输出是高压，注意不要碰到输出 端； • 3.注意光学仪器的清洁，禁止用手触摸光学 镜面； • 4.所有元器件（尤其是透镜）要轻拿轻放； • 5.禁止从其它实验台上拿取任何器件，器件 损坏要及时报告。
白光显示周视全成彩虹全息
实验步骤
• 4，置入狭缝F，在干板架后面用毛玻璃找 到狭缝像F,移动F使F‘到干板H的距离为 4cm左右。狭缝像的宽度约0.5cm左右。通 过狭缝像观察物体的实像是否完整。若物 体实像左右不全，可适当加大狭缝宽度， 或更换较小的物体. • 5，量取物光光程，并调整参考光路中反射 镜M4和扩束镜的位置，使参考光光程与物 光光程接近相等。调整连续渐变分束镜BS， 使参考光与物光的光强比在4:1~8:1之间。
实验仪器
• • • • • La－激光器 BS－分束镜 M1、M2－全反镜 L-成像透镜 Lo1、Lo2－扩束镜 H－全息片 Ｆ－狭缝
实验步骤
• 1，按照实验光路选择合适的光学元件。 • 2，根据光路图选定物体的位置，将物体躺 倒放在承物台上。在细激光束中加入分束 镜BS和反射镜M，调整它们的位置，使得 由BS反射的光束照射在物体的中央。然后 加入扩束镜让，激光束经扩束后均匀照明 物体。 • 3，加入成像透镜L，并在其后放置毛玻璃 寻找物体的实像。透过透镜看实像，同时 调整物距和像距，使人眼恰好能看到整个 实像。调好后在实像后放置干板架，使得 干板架夹上去后距实像面约1cm。
傅里叶光学实验
光信1102班Leabharlann 一步彩虹全息实验目的
• 1. 练习拍摄一步彩虹全息图，了解拍摄光 路及各光学元件参数的选择原则; • 2. 在白光照明下观察一步彩虹全息图再现 的准单色像； • 3. 进一步掌握彩虹全息照相的基本原理， 加深对彩虹全息图能用白光再现准单色像 的认识。
彩虹全息和傅里叶变换全息
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。
全息光学实验
全息光学实验厦门大学物理系§1光学全息照相[参考文献]1、毋国光等编《光学》§11-5，p405；2、黄献烈编《信息光学导论》§4-1，p88；3、[美]杨振寰著（毋国光等译）《光学信息处理》，§10-1，p412；4、[美]W.E.科克著（李崇桂译）《激光与全息照相》§1-4和§5-1；5、[美]H.M.Smith著（物理所译）《全息光学原理》§2-1和§3-2，§6-1；6、[日]辻内顺平等编《光学信息处理》，§6-2，p304；7、王永昭编《光学全息》§1-2和§4-1。
[引言]全息照相，就是利用干涉方法将自物体发出光的振幅和位相信息同时完全地记录在感光材料上，所得的光干涉图样在经光化学处理后就成为全息图，当按照所需要的光照明此全息图，能使原先记录的物体光波的波前重现。
这是六十年代发展起来的一种新的照相技术，是激光的一种重要的应用。
全息照相是D.Gabor于1948年研究成功的（他由此获得1971年诺贝尔物理学奖），由于当时还没有相干性好的光源，所以全息照相在那以后的十年间没有什么大发展。
到了六十年代初，由于激光的发明，在大量新型相干性极好的激光光源的帮助和一些技术进展的扩充下，全息照相不久便成为一门得到广泛研究并有远大前景的课题，这次复兴发源于美国密执安大学的雷达实验室，是以E.N.Leith和J. Upatnieks的工作为标志。
他们于1962年发表了划时代的全息术研究成果，他们成功地得到了物体的立体重现像。
全息图最惊人的特征、同时也必定是它最引人兴趣的地方就在于它产生极为逼真的三维幻觉的本领。
这种完全逼真的性质无疑大大地推动了全息术的发展。
[实验目的]1、学习和掌握全息照相的基本原理；2、掌握全息照相的实验技术；3、了解全息图的基本性质、观察并总结全息照相的特点。
[实验原理]普通照相是把从物体表面上各点发出的光（反射光或散射光）的强弱变化经照相物镜成像，并记录在感光底片上，这只记录了物光波的光强（振幅）信息，而失去了描述光波的另一个重要因素——位相信息，于是在照相底片上能显示的只是物体的二维平面像。
做彩虹现象实验报告(3篇)
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。
光学实验报告(一步彩虹全息)
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。
幼儿园大班科学教学：制作彩虹实验
幼儿园大班科学教学：制作彩虹实验幼儿园大班科学教学：制作彩虹实验一、引言在幼儿园大班阶段，科学教学是非常重要的一环。
通过科学实验，孩子们可以通过观察和实践，培养他们的观察和探索精神。
其中，制作彩虹实验是非常适合幼儿园大班的科学教学内容，它可以帮助孩子们了解光的折射原理，以及颜色的形成过程。
本文将详细介绍如何在幼儿园大班进行彩虹实验的制作和教学过程，并分享我对这个实验的观点和理解。
二、制作彩虹实验的材料准备1. 一个透明玻璃或塑料容器2. 自来水或白醋3. 餐盐4. 筷子或勺子5. 手电筒6. 白纸7. 彩色水彩笔或毛笔8. 班上的小眼镜或太阳镜（可选）三、制作彩虹实验的步骤1. 在透明容器中倒入一些自来水或白醋，让水面充满容器的一半。
2. 将一小勺餐盐均匀地撒在水面上。
3. 用筷子或勺子轻轻搅拌，让餐盐充分溶解在水中。
4. 在有充分阳光的室外或靠近明亮灯光的室内，将容器放在一张白纸上。
5. 用白纸挡住容器的一侧，让另一侧处于充分光照的状态。
6. 用手电筒在白纸的对面照射容器中的水，观察即可看到形成的彩虹。
四、教学过程1. 老师可以简要介绍光的折射原理，然后让孩子们猜测在实验中会看到什么有趣的现象。
2. 老师和孩子们一起按照步骤制作彩虹实验，并观察实验现象。
在观察的过程中，老师可以引导孩子们通过观察发现彩虹的七种颜色，并与他们一起探讨这些颜色是如何形成的。
3. 老师可以总结彩虹实验的观察结果，帮助孩子们对实验内容有更深入的理解，并鼓励他们提出自己的想法和问题，培养他们的探索精神。
五、我的观点和理解制作彩虹实验是一种直观的教学方式，能够让孩子们通过亲身操作和观察，深入理解光的折射原理和颜色的形成过程。
在教学过程中，老师可以根据孩子们的芳龄和认知水平，逐步引导他们对实验现象进行观察和思考，培养他们的动手能力和探索精神。
这种实验也能够调动孩子们的积极性和参与度，让他们在轻松愉快的氛围中学习科学知识。
我认为制作彩虹实验是非常适合幼儿园大班的科学教学内容。
小实验水中的彩虹原理
小实验水中的彩虹原理实验名称：水中的彩虹原理一、实验目的：了解水中的彩虹现象，探究其原理。
二、实验材料：1. 透明玻璃容器2. 自来水或蒸馏水3. 纸盖4. 手电筒或光源三、实验步骤：1. 准备一个透明玻璃容器，将其装满水。
2. 选取一个适当高度的纸盖，将其放置在容器上方，形成一定大小的空气腔。
3. 在纸盖上方，用手电筒或光源照射，观察水中是否出现彩虹。
四、实验结果：随着光源照射，若实验条件合适，会在水中形成明亮的彩虹环。
五、实验原理：当光线从一种介质（如空气）射向另一种介质（如水）时，光线的传播路径会发生偏折。
这是由于不同介质的光速不同造成的。
当光线从空气射向水时，由于水的光密度高于空气，光线会发生折射。
根据折射定律，入射角和折射角之间的关系为：n₁*sin(θ₁) = n₂*sin(θ₂)其中，n₁和n₂分别为两种介质的折射率，θ₁和θ₂为入射角和折射角。
由于不同波长的光在介质中传播速度不同，所以折射角度也不同，进而导致光线的分散现象。
根据光的分散原理，我们知道红光的折射角度较小，而紫光的折射角度较大。
当光线在通过水射入空气的时候，会发生分散现象，光线的不同波长被折射的角度不同，形成彩虹。
具体而言，当光线从水射入空气时，红光的折射角度最小，紫光的折射角度最大，其余颜色光的折射角度逐渐增大。
这样，当光线经过折射后射入眼中，我们会看到从红色到紫色的连续变化颜色，形成了彩虹。
六、实验讨论：1. 选择透明的容器和纸盖是为了保证光线能够顺利通过。
2. 若实验条件不合适，如光线过强或过弱，可能导致彩虹环形成不明显或无法形成彩虹。
此时可以进行光线调节，或改变实验环境（如增加背景光的亮度）来获得更好的实验效果。
3. 若水质含有杂质或气泡，可能会影响光线的折射，进而影响彩虹的形成。
因此，最好使用清澈透明的水进行实验。
七、实验应用：1. 该实验可以帮助我们理解自然界中彩虹的形成机制，深入了解光的分散现象。
2. 彩虹的形成与大气中的水蒸气和阳光的照射相关。
激光彩虹全息与像面全息PPT44页
世界上最难伪造的钞票
• 面额：20英镑 国家：英国 最新版20英镑面值的钞票有一个显著的 全息条。一旦将钞票倾斜，全息条上的 图像能在英镑标志和数字"20"之间来回 转换。
全息激光防伪标签，已经是一个很大的产业
panda为彩虹全息图
彩虹全息图
彩虹全息图
彩虹全息图
Color reproduction of the final diffuse object hologram compared with the real object under the same reconstruction/illumination source
• 幻彩币于1994年首次出现在西班牙，我 国于2000年曾发行过由瑞士代铸的幻彩 “观世音菩萨”币。幻彩“人大50年” 纪念币是我国掌握此项铸币技术后自行 铸造的首套幻彩币。2019年北京钱币博 览会上，因其题材重大、工艺先进、铸 造精良荣登“最受群众喜爱的2019年中 国贵金属纪念币”榜首。
• 此纪念金银币采用全息激光工艺，穹隆 中的灯光，随光线变化，视角变化，幻 动出不同的光晕。全息激光工艺是世界 高科技铸币工艺，它的特点，是借用静 态金属材质平台，展示光与线相结合的 动态美。七色光影，动静相融，在币面 上，流淌如音乐，也增加了金银币的立 体动感。
用单色光再现（共轭光）
R2* (单色光）
H2
S’
再现
在观察再现像时，仿佛也是通过狭缝去看。
彩虹全息图的白光再现
Two-Step Rainbow Holography 二步彩虹全息
用白光再ห้องสมุดไป่ตู้（共轭光） R2* (白光)
H2
红黄绿蓝紫
彩 虹 像
再现
实验十六 彩虹全息图的制作
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。
二步法像面全息图的制作
实验三、四二步彩虹全息图的记录与再现[实验目的]1、了解二步彩虹全息图的原理；2、掌握二步彩虹全息技术中母全息图的制作方法；3、进一步掌握全息光路的设计和排布技巧；4、学会分析全息再现像的质量。
[仪器用具]激光器，反射镜（若干），分束镜（2套），针孔滤波器（3套），大孔径非球面透镜，毛玻璃，平晶，量角器，干板架，曝光定时器，照度计，被记录的目标物，全息干板[实验原理]请参阅《信息光学基础》p218—p221 “三、彩虹全息”[实验内容]二步彩虹全息图的记录包括两个步骤：“实验三”完成第一步：记录主全息图H1；“实验四”完成第二步：记录彩虹全息图H2。
一、光路的设计和排布请根据彩虹全息原理和实验台具体情况，分别设计记录H1的光路1和记录H2的光路2。
要求：对物体采用双光束照明。
提示：最好设计一种两用的光路，只需移动少量光学元件，即可从光路1改变到光路2。
光路设计原则是：1）应保证全息平台和支架的稳定，因为全息图记录的是干涉条纹，这种条纹的密度一般是每毫米几百条，甚至上千条，以至轻微的震动都会影响全息图的质量。
所以在记录过程中，环境的震动应尽可能小，而且在对全息干板曝光之前要静台至少两分钟；2）光学元件必须调到共轴，光束走向应相对于台面保持平行，以获得一致的偏振态，避免相干不完全；3）对物体照明要均匀，物体散射的光要照射在全息干板上。
对于表面光亮的物体最好用散射光照明；4）选取合适的物参夹角。
为了观察时方便，避免再现时照明光的干扰，应使再现光的入射角大一些，但由于记录介质分辨率的限制，角度也不能太大，对于银盐干板，一般取θ< 45°；5）选取合适的物参光强比,通常取（I R/I O）∈(1/2,1/10) 。
由于物光是漫射光，物光之间的干涉也会在记录介质上产生干涉条纹，这将对成像条纹起干扰调制作用，降低正常条纹的对比度，使I R< I O可相对降低这种调制的影响；二、制作彩虹全息图要求：1、第一次实验课，利用自行设计的光路1，记录主全息图H1；2、第二次实验课，利用上一次记录成功的H1，在光路2中完成H2的记录。
光学课件 彩虹全息
像的色散主要表现在y方向上。主要讨论y方向上的单色性．类似 光栅的色散。
y
光栅方程：dsinθ=mλ
z
光栅色散本领：Dθ = m /(dcos θm)
d 减小， Dθ 增大。
y
H
∆H
O•
S H1
R1∗
a
R2
zo
zs
y
∆H
x
¾ 用白光照射全息图， 经∆H的衍射后，对同一 物点，不同波长的光形 成的像点位置不同。
但是，a ↓ (视场小，亮度小), ze ↓（视场小）,
θr ↑（要求干板空间分辨率高）
2．像的色模糊：
¾用点源全息图再现 像点位置(xi, yi, zi)公
式，由∆λ可求出在
各方向上的色模糊分
量(∆xi, ∆yi, ∆zi)。
I λ ′ ∆•z ∆y I λ • ∆I
y H
∆α
S Sλ Sλ′
∆H α
但是
⎧ ⎪ ⎨
zo小，则景深小 zs大，要求记录时狭缝S靠近透镜焦点，限制视场
⎪⎩a小，狭缝窄，激光散斑影响大
实验中，应根据要求适当选取。 如取：a为5~10mm左右，zs为25~30cm左右。
根据记录方式不同：分为二步彩虹全息和一步彩虹全息。
5.8.1 二步彩虹全息（1969年提出）
O
H1
A
B
D
C
R1
第1步：记录物体菲 涅耳全息图
H
A ∆H
S H1 R2∗
B
CD
R2
zo
zs
第2步：记录彩虹全息图
C H S′
A
B
D
C
再现观察
(1)记录时采用相干光源，再现时既 可使用相干光源，也可采用非相 干光源（如白光）。
双透镜无狭缝一步彩虹全息
斑噪声 ， 高 了光 能 的利用 率 ， 大 观察 范 围 ， 提 扩 得
ｏＮＥ —Ｓ ＴＥＰ ＲＡＩ ＮＢｏＷ ＨｏＬｏＧＲＡＰＹ ｏＦ Ｉ ＵＳ ＮＧ ＤＵＡＬ
到 干板 的距离 近很 多 ．
其 中之一 来替代 移 动 物 体． 过使 用 一个 短 焦 透 通 镜 可 以扩 展重构 像 的可 视 角 ， 并且 不 会对 对 照 明 光 有特殊 的要求 ， 这样 的光 路很 容 易 建立 也 很稳 定． 参考光 和重 现照 明光到 干板 的距离相 同 ， 以 所
） ［ （＋ ｘ荔 × ｅ ， ｐ ｘ ｐ ， ［
吉 ＝ ＋ 去
（ ㈤ Ｊ
（ ＋２， ） ＝ （ ）） × ｅｐ ） ］ ， ｘ［
２ ） ｙ ］ 化 为 ）ｘ （ ｅｐ
全息干板保持固定 ，是观察者和全息图的距离 ， ｓ 的大小 也是个 常量 ， 如果 小意 味着 Ｚ 也要 小 ， 在
牛 彝
【 摘要】 用双透镜记录三维漫射物体的一步彩虹全息图， 此方法在曝光过程 中
只移动 一个 透镜 就 可 以在观 察 的位 置形 成合 成 狭缝 ． 两个 透镜 用一 个短 焦透 镜 以增 加 可视 角和使 狭缝 变 窄 ， 同时也提 高 了分辨 率和光 能的利 用率．
关键 词 ： 虹全 息 ； 彩 双透镜 ； 成狭缝 合
到 了体 视性很 好 的彩 虹 全息 图 ， 方 法有 较高 的 此 实用 价值． 参
７ Ｏ：３ ５ ～３ ８ ３ ３．
考
文 献
眼能 同时看到高 清晰 的立体像．
［ ］ ｃ ．Ｇ ｏｅ ｎ ．Ｍ．ｖｎＤ 】 Ｊ０ ｔ ０．Ａ ． １８ ， １ ．Ｐ ｒｖｒ ｄＨ ａ ａ ｅ． ｐ．ｓｃ ｍ ， ９ Ｏ
像全息与一步彩虹全息图
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。
16像全息图与一步彩虹全息图-电子科技大学
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。
彩虹全息
∆ 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
参考光旋转一步法大视角彩虹全息术
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。
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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 )。
选择空间直角坐标系的x －y 平面在记录干板的药膜面上，坐标原点与干板中心重合。
如图4所示。
设在记录干板上物光和参考光的复振幅分别是U 0(x ，y )和U r (x ，y )，两者所形成的干涉图样的光强分布是*00*22020),(U U U U U U U U y x I r r r r +++=+= (1)
上式*号表示共轭复数。
假设记录过程是线性的，彩虹全息图的振幅透射率t (x ，y )正比于I (x ，y )： )(),(*00*220U U U U U U K y x t r r r +++= (2)
当处理好的虹全息图放回原记录位置，用波长为λ' ，发散点为R (x r ，y r ，z r )的单色光照明，就能再现出物点的全息像I (x I ，y I ，z I )，物点与全息像点的关系由下面的式子给出： 01 ) 1(11z z z r i ⋅λλ+λλ-=01 ) 1(z z y z y r r i i ⋅λλ+λλ-= 0
0 z x z x i i ⋅λλ=从上面的式子很容易看出，当λ＝λ' 时再现的全息像点与记录的物点位置重合。
若在R (x r ，y r ，z r ) 点放置波长为λ1的点光源再现上述的虹全息图后，除了形成一般全息图所有的全息像点I 01之外，还将形成一个与之相对应的狭缝实像I S1，如图5(a)所示。
观察者看到全息像点I 01' 的条件是瞳孔D 落在从I S1出射的衍射光场中，而最佳的观察位置是D 落在I S1处。
若用具有两个波长λ1和λ2的再现光源，这时再现光被虹全息图衍射成为两个空间错开颜色不同的全息像点I 01、I 02和与之对应的两个狭缝像I S1、I S2。
只要I S1和I S2分离的尺寸大于人眼瞳孔直径D ，就可以通过I S1和I S2分别看到波长为λ1和λ2的两个全息像点I 01和I 02。
将这一概念推广到点白光源照明虹全息图的情况。
由于波长是连续变化的，每一波长都在不同的位置上形成它自己的全息点和相应的狭缝像。
于是全息像点按光源的光谱弥散成了一条线段，狭缝的全息像也按光源的光谱弥散成为一个六面体在这种情况下，因瞳孔具有一定的线度D ，在固定的观察位置上，观察者只能看到一个准单色λ＋∆λ(∆λ＝λ'－λ)的全息像点，沿铅直方向改变观察位置，将相继地看到不同准单色的全息像点。