物理在工程中的应用专题p

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1、物理在工程中的应用专题全息照相 模压全息 光盘 光全息存储器2018/8/21第一讲 全息照相 全息照相概述 实验仪器与光路 全息照相的拍摄原理 全息照相的观察原理 全息照相的特点 全息照相的种类 全息技术的应用1.全息照相概述“全息”是指物体发出光波的全部信息：既包括 振幅或强度，也包括相位。普通照相使用透镜成像原理，底片上化学反应 的强度直接由物体各处的明暗决定，即由入射光波 的强度决定。全息照相不但记录了入射光波的强度，也记录 了入射光波的相位。 有关全息的原理在1947年就已由英国物理学家 丹尼斯伽柏提出了，科学家本人也因此获得了诺 贝尔奖。 一个叫班顿的人后来又发现了更为简便使用白

2、光还原影像的方法，从而使这项技术逐渐走向实 用阶段。 美国国家地理杂志第一次使用白色光全息 片贴在封面时，销售量由一千万份增加到再版后 的一千六百万份。这一技术后由美国传到欧洲和 其它国家，广泛用于信用卡等仿伪技术。激光全 息摄影技术也随之风靡全世界。 实验仪器防震台、He-Ne激光器、分光镜、全反镜、扩束镜及可调支架、干版架、白屏、磁钢、软尺、被摄物、遮光开关、显影与定影药品用具及干版等。2.实验仪器与光路图一实验光路实验光路He-Ne 激光器定时阀物体 干板架全息平台扩束器反射镜分束器图二3.全息照相的拍摄原理 激光光源的光分成两 部分：直接照射到底片 上的叫参考光；另一部 分经物体表面散

3、射的光 也照射到照相底片，称 为物光。参考光和物光 在底片上各处相遇时将 发生干涉，底片记录的 即是物光和参考光叠加 后的干涉条纹的图像。物光参考光全息干板全息照片不同于普通照片,其底片不显示物体的形象,而是干 涉条纹叠加后的图像。冲洗时只是改变了不同部分的透光 性。观察时,需利用与拍照时同频率的光的照射全息图。图四 冲洗好的全息干板注意：图中的 圆圈并不是干 涉条纹，而是 因为各种原因 造成的衍射条 纹。全息照相的原理可用八个字来表述：“干涉记录，衍射再现”。物体像的再现过程是光的衍射全息照片相当于“光栅”1级衍射光是物体的像，其中一个是实像，一个是 虚像。4.全息照相的观察原理（1）若要得

4、到无畸变的实像，需要一束与参 考光波共轭的再现光波照射全息图 观察全息照片的光路图如下：图五再现光束虚像观察方向（2）在全息片上每一组干涉 条纹都可看成一个光栅，当用 再现光照射时，由无数组光栅 的衍射波叠加而成的+1级衍射 光波前进的方向正是记录时物 光的入射方向，即形成了物光 的实际再现光波，从而看到一 个没有畸变的与原物完全一样 的三维物体虚象。 (3)在用光照射底片时,在与原来物光对称方向的两束光,其光程 差也为,光线汇聚将会形成一实像。5.全息照相的特点全息照片衍射形成的立体虚像是一个真正立体的, 当人眼换一个位置时,便可以看到物体的侧面像,即 物体上原来被挡住的部分也可以看到。 同

5、一张底片上经过多次曝光后，可以重叠多个像 ，而且每个像又不受其他像的干扰，而单独地显示 出来。 全息照片易于复制。全息照相普通照相1全息照相过程分记录、再现两 步，它是以干涉、衍射等波动光 学的规律为基础的。普通照相过程是以 几何光学的规律为基 础的。2全息图所记录的是物体各点的 全部光信息，包括振幅和相位。普通照相底片记录 的仅是物体各点的光 强（或振幅）。3全息照相过程中物体与底片之 间是点面对应的关系，即每个物 点所发射的光束直接落在记录介 质整个平面上。反过来说，全息 图中每一个局部都包含了物体各 点的光信息。普通照相过程中物 像之间是点点对应的 关系，即一个物点对 应像平面中的一个像

6、 点。全息照相与普通照相的比较4全息图能完全再现原物的波前 ，因而能观察到一幅非常逼真的 立体图像。普通照相得到的只 能是二维的平面图像 。5全息照相是干涉,因此要求光源 有很高的相干性。光源的相干长 度越大、波前上相干区越大，就 能越有效地实现全息照相。普通照相只是像的 强度记录，并不要求 光源的相干性，用普 通光源就可以了。全息照相普通照相6.全息照相的种类 菲涅尔全息照相：感光胶片与被摄物体相 距有限远，物光不是平行 光。如图所示。夫琅和费全息照相：物光参考光全息干板在感光胶片与被摄物体 之间放置一个透镜，使 物光成平行光。又称为 傅里叶全息照相。再现 时1都显现实像。激光器在激光器与被

7、摄物体之间 放入一块乳白色玻璃（或 其他透光散射板），使激 光经散射后再照射到被摄 物体上。这种照片的再现 象用肉眼比较容易观察。物光参考光全息干板散射全息照相：散射板彩色全息照相：如果用红、蓝、绿三种颜色的激光同时 照射被摄物体，并采用适当的光学系统和感光胶片，能 获得彩色全息照片。目前还没有蓝色激光。体积全息照相:当感光乳胶片的厚度比物光和参考干涉条 纹间距大很多时，必须考虑乳胶层厚度的作用。此时乳胶 层记录的不再是平面的干涉图，而是一个立体的干涉图， 也就是在乳胶层内形成了一系列的银平面。这些银平面的 间距与入射光的波长及方向有关。这种全息照片又称为三 维全息照片，可与晶体三维衍射类比。

8、再现象满足布拉格反射: dsin=k 如果白光照射，不同的波长在不同的角度满足上式，所以， 转动观察可以看到不同颜色的象。panda为彩虹全息图 “Fish”为单色反射全息图 “mask”为彩色反射全息图 全息图片全息图片这是一幅反射式 全息照片，它是 利用白光作照明 光，再现三维立 体形象的全息照 片。反射全息图 具有较高的衍射 效率，再现像明 亮、质感和立体 感强、视差效果 明显。用二步法 拍摄的反射全息 照片还可以使三 维立体的部分形 象图处于记录介 质表面以外。 全息显示 模压全息 全息光学元件 全息干涉计量 全息信息存储 7.全息技术的应用 在全息照相的基础上，全息技术还扩展到红外、

9、微 波、超声领域，进一步发展形成了全息干涉术、彩色 全息、及彩虹全息和周视全息等新的全息技术。 由于全息照相具有三维成像的特点，可重复记录， 而且，每一小块全息底片都能再现物体的完整，其用 途十分广泛。可广泛用于精密干涉计量、无损探伤、 全息光弹性、微应变分析和振动分析等科学研究。 利用全息干涉术研究燃气燃烧的过程、机械件的振 动模式、蜂窝板结构的粘结质量和汽车轮胎皮下缺陷 检查等已得到广泛应用。 全息照相用作商品和信用卡的防伪标记已形成产业 ，正在发展的全息电视还将为人类带来一场新的视觉 革命。第二讲 模压全息模压全息是20世纪70年代发展起来的一项全 息显示技术，其实质是一种白光再现的全息

10、图。 白光再现全息图原理 模压全息的制作 模压全息的应用1. 白光再现全息图的原理 像面全息图当物体与记录介质之间的距 离趋于零时，由再现光谱宽度 引起的再现象的扩展也趋于零 。可以用白光再现，但立体感 不强。L 0物光参考光全息 干板L白光光栅 色散全息照片 色散 成像不清 X=L* 体积全息图三维光栅 布拉格反射 不同角度不同颜色的像激光器 彩虹全息图再现时同时出现狭缝 象，观察再现像时将受 到狭缝像的限制。狭缝起到色散的作用 ，当用白光照射时，不 同颜色的光形成的狭缝 和物体的再现像的位置 是不同的。因此，在不 同位置将观察到不同颜 色的像。颜色的排列顺 序与波长相同，就如同 彩虹一样。

11、物光参考光全息 干板狭缝2. 模压全息的制作 激光摄制：平面照片 像面全息立体显示 彩虹全息电成型全息干板 清洗活化 化学电镀Ni 去离子水 清洗 电铸 形成Ni板 将Ni板从干板上剥离 纯化Ni板 Ni模板（干涉条纹）全息干板 模压利用专用模压机在一定的压力和温度下，将Ni模板上的全息 干涉条纹印刷到热性塑料薄膜上。不干胶模压全息图PVC模压印 镀铝镀铝的PVC薄膜直接压印涂上不干胶 切割玛式全息硬 模压机全息材料3. 应用 防伪 反光材料 建筑装饰材料全息揭露复合层防伪标识为基础，结 合揭开式的特点，将二者结合在一起 。即当标识揭开后，标识一部分规则 揭露，显现出预定的图文信息，其表 层镂

12、空，与底层遗留的图文阴阳相对 ；标识底层下部留有数码，供消费者 输入查询。 该标识不可重复使用，具有“全息规 则揭露防伪标识”的全部特点。作封 口使用时，粘贴牢固性较稳定，与电 码工程（网络数码）相结合，具有多 重防伪功能。 示意图 迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通 片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标识出现在 商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。装饰在 书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全 息彩虹，使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术 的新飞跃。模压全息标识，由于它的三维层次感， 并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的 防伪标记，再加上与其他高科技防伪手段的紧密

13、结 合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。彩红全息照相机作业 简述全息照相的拍摄原理和再现原理 全息照片的特点 白光再现全息图的原理第三讲 光盘 光盘简介 只写型光盘 单层膜光盘 3层膜消光型光盘 只读型光盘 可擦写型光盘 相变型可重复擦写光盘 磁光型可重复擦写光盘光盘存储材料光存储技术的发展：以光为笔，以感光片为 纸的照片；以光为探头，以胶卷为长卷的电 影、电视等，这些光存储的中大多采用的是 可见光，多用化学物质的感光技术。而光盘存储是现代的高科技光电子技术，光 盘上信息的写入与读出都是利用半导体激光 器、探测器来完成。1 光盘简介光盘存储的密度：光盘存储可以是二维的面存储，也 可以是三

14、维的立体存储，存储密度依赖于写入信息的 激光波长。面存储密度同波长的平方成反比。采用可 见光作写入的光盘信息密度为107-108b/cm2，因此现 在大力发展蓝光激光器。体存储密度与波长的三次方 成反比。光盘存储的原理：留声机是以金属唱针为探头，以唱 片为基质，利用唱针在旋转的唱片上刻下不同划痕的 纹路记录下声音，然后放唱片时，唱针在这些刻槽纹 路上同唱片摩擦，提取记录下的信号，经放大后还原 成能听到的声音。光盘与之相似。其所用探针为半导 体激光器发出的一束激光，唱片为对光敏感的光盘。原始信息 取样编号（编制成“0”，1的数码）半导体激光器 调制激光信号（光脉冲数码信号，即光笔）光盘光敏材料（

15、用光笔写下脉冲数码文字） 刻制光盘半导体激光器 光盘半导体探测器光电信号放大解码处理器复还信息光盘信息写入原理光盘信息读取原理烧坑写入方式：即将带有调制信号的很强的激光聚焦在光盘 上，将光盘表面烧出一连串长短不同的坑，制成带有大量信 息的母盘。利用光敏的相变、光折射、光致偏振等物理效应来完成录制 工作。在许多光敏材料中，光会引起相位、折射率、偏振状 态的变化。将调制好的激光束照射到这些材料上，就会留下 光强的强弱、有无、长短和偏振角度旋转等信息，也就是记 录下音像等信号。利用这类方式记录的信息，可以利用一束 没有调制信号的强光将所有信号抹去。激光束的斑点大小决定了光盘存储密度光信息写入方式类别材料性能应用 只读/只写光 盘：CD、VCD基片：有机玻 璃类(PMMA)或 聚酸碳酯 光学膜：光聚 合物+染料类 光敏有机材料 可擦写光盘 CD-R、 CD-RAM、DVD- RAM、MOD基片材料同上 光学膜： （1）结晶态 或非结晶态光 学相变材料 （2）磁光材 料除了只读光盘 的应用外，还 可用于高清晰 度电视，特别 适合于计算机 的大容量存储 ，不会受病毒 干扰而自动删 除，便利随机 保存信息资料 。基板2.只写型光盘2.1 单层膜光盘2.2 3层膜消光型光盘3.只读型光盘将母盘进行一系列的工艺处理之后，制成压模，再 利用压制工艺技术制成大量的光盘产品。基板功能