第一篇：激光全息照相(大物實驗總結)講解

激光全息照相

摘要:全息的意義在于記錄光波的全部信息。自從20世紀60年代激光出現以來,全息照相得到了全面的發展和廣泛的應用。本文簡述了全息照相的實驗原理及實驗技巧,并給出了其應用前景。

關鍵詞:激光全息照相,原理,技巧,應用 引言

光是一種電磁波,它的全部信息包含:振幅(反映物體上各點發出的光的強弱,決定像的強度,位相(反映物體上各點在空間的相對位置,決定像的形狀和頻率(反映光的顏色。普通照相只記錄了振幅,得到的是二維平面像,而全息照相在記錄振幅信息的同時還記錄了位相信息,即記錄了光波的全部信息。因而這種照相稱為全息照相。全息照相得到的是三維空間的立體像,它所依據的基本原理通常概括為“干涉記錄,衍射再現”。全息攝影技術的應用十分廣泛,目前,已應用于精密測量、無損探傷、指紋識別、高速攝影、全息顯微術、信息處理和信息儲存等許多領域。

1.全息照相術的起源

早在1948年.全息照相的奧秘由Denis Gabor所發現.它通過光的衍射使圖象由平面變為立體.因而獲得諾貝爾物理獎.1982年.美國加里福尼亞物理學家Steve Mc Grew 開發了從玻璃版轉移到鎳薄片上的操作方法。使得全息圖能夠以高速而低成本地壓印在塑料薄膜上成為可能.八十年代中,Steve Mc Grew遇到了英國John Brown.他們合伙在英國建立了歐洲光壓印公司(Light Impressions Europe。該公司在發展浮雕式全息照相工業起到了先鋒作用.例如禮品業、時裝業都采用了該公司的全息圖標貼,作為市場促銷的工具.1987年.該公司的乙烯基壓敏膠全息圖獲得了促進應用全息圖的Fasson獎.2.實驗原理及技巧

物體上各點發出的光(或反射的光是電磁波,借助于它的頻率、振幅和相位的不同,人們可以區分物體的顏色、明暗、形狀和遠近等。普通照相是通過透鏡把物體成像在感光底片上,記錄了物體的表面光強(光振動振幅的平方的分布,所以記錄的只是光信號的強度,得到的只是物體的一個平面相。所謂“全息照相”就是把物體上發出的光信號的全部信息—-振幅和相位記錄下來,并能完全再現被攝物光波的全部信息,從而再現物體的立體圖像。全息照相分為兩個部分:用干涉法記錄光波全息圖,稱波前紀錄;用全息圖把原光波波前再現,稱波前再現。

為拍出一張滿意的全息照片拍攝系統必須具備以下要求:(1光源必須是相干光源。全息照相是根據光的干涉原理,因此要求光源必須具有很好的相干性。激光的出現,為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為激光具有很好的空間相干性和時間相干性。參考光和物光的光程差的影響。參考光和物光的光程差不能太大,不能大于所用激光的相干長度,否則兩者不能相干,無法在全息干板上獲得干涉條紋。(2全息照相系統要有穩定性,由于全息底片上記錄的是干涉條紋,而且是又細又密的干涉條紋,所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊,甚至使干涉條紋無法記錄。比如,拍攝過程中若底片位移一個微米,則條紋就分辨不清,為此,要求全息實驗臺是防震的。全息臺上的所有光學器件都用磁性材料牢固地固定在工作臺面鋼板上。另外,氣流通過光路,聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此,在曝光時應該禁止大聲喧嘩,不能隨意走動,保證整個實驗室絕對安靜。

(3要有高分辨的記錄介質,隨夾角θ的增大,干涉條紋間距d將進一步減小,而普通照相感光底片的分辨率僅為每毫米100條,因此全息照相需要采用高分辨率的記錄介質-全息感光片。這種感光片的分辨率可大于每毫米1000條,但感光敏感度不高,所需曝光時間比普通照相感光底片要長,而且它只對紅光敏感,因此全息照相的全部操作過程都可在暗綠色燈光下進行。(4曝光時間的影響。如果曝光時間太短,底

板上條紋太淺甚至沒有,復雜的衍射光柵無法形成,當然也就無法再現像。若曝光時間太長,底板可能太黑,光線的透過率降低。另外,曝光時間越長,保持系統穩定性越難,曝光時間內突然的躁聲和振動會使拍攝失敗。(5顯影時間的影響。顯影的程度是否適當對全息圖質量影響很大。若顯影時間太長,全息干板發黑,光線的透射率

降低,無法再現像;而顯影時間太短,干板上條紋不能出現,無法形成復雜的衍射光柵,甚至是一塊透明玻璃片,也無法再現像。

3全息照相術的應用

激光全息術在防偽方向的應用.全息圖的色彩是通過光衍射而獲得而不是依靠油墨.所以它不可能用一般的攝影術來復制,因而要仿冒全息圖標貼是極端困難的.利用全息圖防止仿冒的應用.最早用于高級的防仿冒市場.例如銀行的信用卡,以后逐漸延伸到電腦軟件、藥品、化妝晶、食品、飲料、時裝、禮品等都利用全息圖標貼作為防仿冒的有力武器,對產品的真偽起到鑒別的作用。

壓力容器進行無損探傷一直是國內外石油、化工等行業研究的重要內容.將激光全息照相技術用于壓力容器無損探傷,是一個很有應用價值的嘗試.盡管壓力容器試驗規范上還沒有要求采用這種技術.但隨著激光全息照相技術在各個工業領域的廣泛應用.采用先進的激光全息干涉技術對壓力容器進行無損探傷,具有越來越重要的應用價值。

指紋識別。全息照相是快速、準確識別指紋特征的最有效的方法。它利用相關匹配濾波片把指紋信息轉換成光強變化。被檢指紋若與指紋庫中某一指紋完全一致,則產生最大光強;若不一致,則擋去一部分光而減弱光強。全息照相系統與電子計算機處理系統相比,有以下優點:a無需事先畫出指紋的視頻波;b允許多個庫存指紋和潛指紋同時進行比較;c以較簡單的光學裝置代替復雜的數學運算過程。

常規照相對物證的保密性較差,拍出的底片在可見光下是可以判讀的;而全息底片必須通過相干光源,在特殊的光路下才能觀察到底片的內容。因此,全息底片具有良好的保密性能。常規照相底片如果破損(如撕破、斷開,就無法進行補救,而全息底板即使破損,分開的底板仍包含全部信息。發布通輯令,就可以將已照好的全息底板分成多塊,在各地同時發出,縮短寄送時間,加快通輯令的迅速傳播。

常規顯微照相為了提高顯微鏡的分辨本領,鏡頭的數值孔徑盡量大一些,結果高分辨顯微鏡的景深必然很小,所以只能看到幾乎是一個平面上的物,想看一個三維物

體就要多次調焦;而全息顯微鏡對立體物做出全息圖,然后通過全息圖顯現物的三維像,解決了一般顯微鏡中分辨本領與景深的矛盾。根據全息照相的原理,在記錄物體和顯示物體影像時,可以不采用透鏡,避免了像差影響而達到很小的衍射極限。全息照相的視野只與記錄材料的分辨本領和尺寸有關,因而可以獲得更大的視野。如果在拍攝和顯示時,采用不同波長的激光器,可以實現圖像放大。由于波長的不同,衍射角不同,這等于將全息圖作了相應調整。

信息貯存。一般全息圖的記錄介質是感光乳劑,它通過受光乳劑的黑度來記錄振幅分布;同樣也可以用鈮酸鋰單晶來記錄。在lcm3大小的這種單晶內,可以貯存1000幅全息圖。這是因為在光的照射下,鈮酸鋰折射率的改變量正比于入射光強,而表現出的純位相分布的多層性可以記錄多層全息圖的緣故,其記錄的分辨本領可超過1600線/mm。可以證明,以全息圖或傅立葉頻譜的方式來貯存信息和恢復信息比用實像好。這種信息貯存方式也許就是人腦中貯存信息的方式,至少為研究這類問題提供了一個可能的模型。

結束語

激光全息照相實驗的成功率問題一直困擾著我們,本文就提出了一些改進的技巧。雖然說全息照相還有種種的缺點,比如防偽方向正經受著其他技術的很大沖擊,因此我們要不斷的改進技術,挖掘其潛能。全息照相的應用潛力是還是十分巨大的,在未來,這一新技術將會在工業、醫學、國防、公共安全等各個領域全面展開,產生顯著的社會效益和經濟效益。

參考文獻

1.楊帆,楊寧.激光全息照相技術及其應用前景[J].中山大學學報,2008,25(2.2.代偉.全息照相實驗技巧探討[J].實驗技術與管理.2007,24(8.3.大學物理實驗教程(2-2.石油大學出版社.2008

第二篇：激光全息照相(大物實驗總結)

激光全息照相

摘要：全息的意義在于記錄光波的全部信息。自從20世紀60年代激光出現以來，全息照相得到了全面的發展和廣泛的應用。本文簡述了全息照相的實驗原理及實驗技巧，并給出了其應用前景。

關鍵詞：激光全息照相，原理，技巧，應用 引言

光是一種電磁波，它的全部信息包含：振幅(反映物體上各點發出的光的強弱，決定像的強度)，位相(反映物體上各點在空間的相對位置，決定像的形狀)和頻率(反映光的顏色)。普通照相只記錄了振幅，得到的是二維平面像，而全息照相在記錄振幅信息的同時還記錄了位相信息，即記錄了光波的全部信息。因而這種照相稱為全息照相。全息照相得到的是三維空間的立體像，它所依據的基本原理通常概括為“干涉記錄，衍射再現”。全息攝影技術的應用十分廣泛，目前，已應用于精密測量、無損探傷、指紋識別、高速攝影、全息顯微術、信息處理和信息儲存等許多領域。1.全息照相術的起源

早在1948年．全息照相的奧秘由Denis Gabor所發現．它通過光的衍射使圖象由平面變為立體．因而獲得諾貝爾物理獎．1982年．美國加里福尼亞物理學家Steve Mc Grew開發了從玻璃版轉移到鎳薄片上的操作方法。使得全息圖能夠以高速而低成本地壓印在塑料薄膜上成為可能．八十年代中，Steve Mc Grew遇到了英國John Brown．他們合伙在英國建立了歐洲光壓印公司(Light Impressions Europe)。該公司在發展浮雕式全息照相工業起到了先鋒作用．例如禮品業、時裝業都采用了該公司的全息圖標貼，作為市場促銷的工具．1987年．該公司的乙烯基壓敏膠全息圖獲得了促進應用全息圖的Fasson獎． 2.實驗原理及技巧

物體上各點發出的光（或反射的光）是電磁波，借助于它的頻率、振幅和相位的不同，人們可以區分物體的顏色、明暗、形狀和遠近等。普通照相是通過透鏡把物體成像在感光底片上，記錄了物體的表面光強（光振動振幅的平方）的分布，所以記錄的只是光信號的強度，得到的只是物體的一個平面相。所謂“全息照相”就是把物體上發出的光信號的全部信息—-振幅和相位記錄下來，并能完全再現被攝物光波的全部信息，從而再現物體的立體圖像。全息照相分為兩個部分：用干涉法記錄光波全息圖，稱波前紀錄；用全息圖把原光波波前再現，稱波前再現。

為拍出一張滿意的全息照片拍攝系統必須具備以下要求：（1）光源必須是相干光源。全息照相是根據光的干涉原理，因此要求光源必須具有很好的相干性。激光的出現，為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為激光具有很好的空間相干性和時間相干性。參考光和物光的光程差的影響。參考光和物光的光程差不能太大，不能大于所用激光的相干長度，否則兩者不能相干，無法在全息干板上獲得干涉條紋。（2）全息照相系統要有穩定性，由于全息底片上記錄的是干涉條紋，而且是又細又密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個微米，則條紋就分辨不清，為此，要求全息實驗臺是防震的。全息臺上的所有光學器件都用磁性材料牢固地固定在工作臺面鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此，在曝光時應該禁止大聲喧嘩，不能隨意走動，保證整個實驗室絕對安靜。

（3）要有高分辨的記錄介質，隨夾角θ的增大，干涉條紋間距d將進一步減小，而普通照相感光底片的分辨率僅為每毫米100條，因此全息照相需要采用高分辨率的記錄介質-全息感光片。這種感光片的分辨率可大于每毫米1000條，但感光敏感度不高，所需曝光時間比普通照相感光底片要長，而且它只對紅光敏感，因此全息照相的全部操作過程都可在暗綠色燈光下進行。（4）曝光時間的影響。如果曝光時間太短，底 板上條紋太淺甚至沒有，復雜的衍射光柵無法形成，當然也就無法再現像。若曝光時間太長，底板可能太黑，光線的透過率降低。另外，曝光時間越長，保持系統穩定性越難，曝光時間內突然的躁聲和振動會使拍攝失敗。（5)顯影時間的影響。顯影的程度是否適當對全息圖質量影響很大。若顯影時間太長，全息干板發黑，光線的透射率降低，無法再現像；而顯影時間太短，干板上條紋不能出現，無法形成復雜的衍射光柵，甚至是一塊透明玻璃片，也無法再現像。

3全息照相術的應用

激光全息術在防偽方向的應用．全息圖的色彩是通過光衍射而獲得而不是依靠油墨．所以它不可能用一般的攝影術來復制，因而要仿冒全息圖標貼是極端困難的．利用全息圖防止仿冒的應用．最早用于高級的防仿冒市場．例如銀行的信用卡，以后逐漸延伸到電腦軟件、藥品、化妝晶、食品、飲料、時裝、禮品等都利用全息圖標貼作為防仿冒的有力武器，對產品的真偽起到鑒別的作用。

壓力容器進行無損探傷一直是國內外石油、化工等行業研究的重要內容 ．將激光全息照相技術用于壓力容器無損探傷，是一個很有應用價值的嘗試．盡管壓力容器試驗規范上還沒有要求采用這種技術．但隨著激光全息照相技術在各個工業領域的廣泛應用．采用先進的激光全息干涉技術對壓力容器進行無損探傷，具有越來越重要的應用價值。

指紋識別。全息照相是快速、準確識別指紋特征的最有效的方法。它利用相關匹配濾波片把指紋信息轉換成光強變化。被檢指紋若與指紋庫中某一指紋完全一致，則產生最大光強；若不一致，則擋去一部分光而減弱光強。全息照相系統與電子計算機處理系統相比，有以下優點：a無需事先畫出指紋的視頻波；b允許多個庫存指紋和潛指紋同時進行比較；c以較簡單的光學裝置代替復雜的數學運算過程。

常規照相對物證的保密性較差，拍出的底片在可見光下是可以判讀的；而全息底片必須通過相干光源，在特殊的光路下才能觀察到底片的內容。因此，全息底片具有良好的保密性能。常規照相底片如果破損(如撕破、斷開)，就無法進行補救，而全息底板即使破損，分開的底板仍包含全部信息。發布通輯令，就可以將已照好的全息底板分成多塊，在各地同時發出，縮短寄送時間，加快通輯令的迅速傳播。

常規顯微照相為了提高顯微鏡的分辨本領，鏡頭的數值孔徑盡量大一些，結果高分辨顯微鏡的景深必然很小，所以只能看到幾乎是一個平面上的物，想看一個三維物體就要多次調焦；而全息顯微鏡對立體物做出全息圖，然后通過全息圖顯現物的三維像，解決了一般顯微鏡中分辨本領與景深的矛盾。根據全息照相的原理，在記錄物體和顯示物體影像時，可以不采用透鏡，避免了像差影響而達到很小的衍射極限。全息照相的視野只與記錄材料的分辨本領和尺寸有關，因而可以獲得更大的視野。如果在拍攝和顯示時，采用不同波長的激光器，可以實現圖像放大。由于波長的不同，衍射角不同，這等于將全息圖作了相應調整。

信息貯存。一般全息圖的記錄介質是感光乳劑，它通過受光乳劑的黑度來記錄振

3幅分布；同樣也可以用鈮酸鋰單晶來記錄。在lcm大小的這種單晶內，可以貯存1000幅全息圖。這是因為在光的照射下，鈮酸鋰折射率的改變量正比于入射光強，而表現出的純位相分布的多層性可以記錄多層全息圖的緣故，其記錄的分辨本領可超過1600線／mm。可以證明，以全息圖或傅立葉頻譜的方式來貯存信息和恢復信息比用實像好。這種信息貯存方式也許就是人腦中貯存信息的方式，至少為研究這類問題提供了一個可能的模型。結束語

激光全息照相實驗的成功率問題一直困擾著我們，本文就提出了一些改進的技巧。雖然說全息照相還有種種的缺點，比如防偽方向正經受著其他技術的很大沖擊，因此我們要不斷的改進技術，挖掘其潛能。全息照相的應用潛力是還是十分巨大的，在未來，這一新技術將會在工業、醫學、國防、公共安全等各個領域全面展開，產生顯著的社會效益和經濟效益。參考文獻

1.楊帆,楊寧.激光全息照相技術及其應用前景[J].中山大學學報,2008,25(2).2.代偉.全息照相實驗技巧探討[J].實驗技術與管理.2007,24(8).3.大學物理實驗教程(2-2).石油大學出版社.2008

第三篇：全息照相大學物理實驗總結

大學物理實驗總結 ——全息照相個人心得

通過大學物理實驗的課程學習，將物理理論與實踐結合在一起，在這過程中能夠發現很多的樂趣。實際的實驗操作，使我對一些物理知識、現象有了更深入的認識，也激發起我對物理實驗的興趣和對物理現象探索的渴望。給我印象深刻的實驗有很多，如邁克耳孫干涉儀測波長實驗、衍射光柵實驗、霍爾效應實驗等。而全息照相立體效果十分有趣，是物理學中一道別樣的風景。

全息照相的原理其實很簡單，利用干涉方法記錄了物體抵達攝影底片時光波的振幅與相位的全部信息。它記錄的不是物體的幾何信息，而是物光與另一束與之相干的參考光抵達照相底片的干涉條紋。所以，全息照片上一般看不到原物體的像，必須用原來的參考光照明，才能看到原物體的立體像，這被稱為全息底片的再現。

從全息照相和普通照相對比中，我們可以很容易發現全息照相的特別之處。普通照相通常是通過照相機物鏡成像，在感光底片平面上將物體發出的或它散射的光波（通常稱為物光）的強度分布（即振幅分布）記錄下來，由于底片上的感光物質只對光的強度有響應，對相位分布不起作用，所以在照相過程中把光波的相位分布這個重要的信息丟失了。因而，在所得到的照片中，物體的三維特征消失了。全息技術則完全不同，由全息術所產生的像是完全逼真的立體像（因為同時記錄下了物光的強度分布和相位分布，即全部信息），當以不同的角度觀察時，就象觀察一個真實的物體一樣，能夠看到像的不同側面，也能在不同的距離聚焦。

實驗過程中使用到的儀器主要有：激光全息實驗臺，He-Ne激光器,光開關及曝光定時器;其它需要的是：分束鏡一個，擴束鏡兩個，全反射鏡兩個，被攝物體及放置物體的底座，全息干版及底架以及暗室效果。

拍好全息照相除了掌握它的原理步驟外，還有很多的關鍵點值得我們注意：(1)具有一定功率的相干光源；具有穩定的操作平臺；要有合適的光路；

（2）搭光路時要注意光斑是否均勻；物光和參考光在屏上要重疊，放置干版時要與該位置一致；

(3)搭好光路后要檢查光程差是否接近零、物光和參考光的夾角是否適當（30°至50°）、以及物屏距離是否合適（10至15cm)、各元件間的距離盡可能拉大些；

(4)裝底片時，藥膜面不能裝反；曝光時，不得走動，不能用手觸摸光學元件的光學面,不要隨意搬動和取下被攝物；激光器開啟后，不要中途關閉、直到實驗完畢。

（5）要獲得最終的全息圖，充分了解和學習感光底片的顯影、定影、沖洗等有關攝影的暗室技術知識也是不可缺少的；顯影時間2分鐘左右，定影時間20分鐘左右。定影后的底片應放在清水中沖洗2分鐘。將全息照片放回原處，遮住物光，用參考光束照亮全息片，可觀察到物體的像。

全息照片有很多奇妙的特點：片上的花紋與被攝物體無任何相似之處，在相干光束的照射下，物體圖像卻能如實重現。此外立體感很明顯（三維再現性），如某些隱藏在物體背后的東西，只要把頭偏移一下，也可以看到。視差效應很明顯。全息圖打碎后，只要任取一小片，照樣可以用來重現物光波。甚至是，在同一張照片上，可以重疊數個不同的全息圖。在記錄時或改變物光與參考光之間的夾角，或改變物體的位置，或改變被攝的物體等等，一一曝光之后再進行顯影與定影，再現時能一一重現各個不同的圖像。

全息照相是六十年代發展起來的一種立體攝影和波陣面再現的新技術。由于全息照相能夠把物體表面發出的全部信息記錄下來，并能完全再現被攝物體光波的全部信息，因此，全息技術在生產實踐和科學研究領域中有著廣泛的應用。

除光學全息外，還發展了紅外、微波和超聲全息技術，這些全息技術在軍事偵察和監視上有重要意義。

除用光波產生全息圖外，已發展到可用計算機產生全息圖。全息圖用途很廣，可作成各種薄膜型光學元件，如各種透鏡、光柵、濾波器等，可在空間重疊，十分緊湊、輕巧，適合于宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料，具有容量大、易提取、抗污損等優點。

全息照相的方法從光學領域推廣到其他領域。如微波全息、聲全息等得到很大發展，成功地應用在工業醫療等方面。地震波、電子波、X射線等方面的全息也正在深入研究中。全息圖有極其廣泛的應用。如用于研究火箭飛行的沖擊波、飛機機翼蜂窩結構的無損檢驗等。現在不僅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人們能看到景物的各個側面。全息三維立體顯示正在向全息彩色立體電視和電影的方向發展，甚至進入我們的日常生活，如產品商標，書籍裝幀以及小工藝品等。

中學的物理學習一直在理論上，缺乏直觀的認識和感受，而實驗讓我對理論認識更清晰、直觀，也更加深刻。3D電影更是向大眾展現了全息技術的特點和趣味。我相信隨著不斷地研究發現及創新，全息技術的道路會越來越寬廣。2010年12月15日

第四篇：全息照相實驗心得體會

全息照相實驗心得體會

全息照相術是利用干涉和衍射的原理將物體發射的光波以干涉條紋的形式記錄下來，再在一定的條件下再現，形成與原物體完全相似的空間像。由于它記錄的是物體原來光波的全部信息（振幅和位相），像十分逼真并具有立體效果，所以叫全息照相。

根據記錄和再現方式的不同，全息術可分為多種類型，如菲涅耳全息、像全息、彩虹全息、合成全息等等。我們所做的全息照相實驗的原理是菲涅耳全息照相。菲涅耳全息的特點是記錄平面位于物體衍射光場的菲涅耳衍射區，物光由物體直接照到底片上，而無需變換透鏡或成像透鏡。

實驗原理見大學物理實驗第三冊實驗3.5.1全息術。

如圖（1）所示布置光路。分束板采用反射率為5%的平晶，擴束鏡用40Χ顯微鏡。選擇漫反射性比較好的物體作為拍攝三維全息照相的物體。調好光路，使參考光與物光束的光強比為2:1~10:1，放上全息干板曝光，曝光后經適當沖洗，就完成了。再現的方法是將干板放在原光路中，把分束鏡換成全反射鏡，拿走物體，向著干板后原物體所在的方向看去就可以看到與原物體相似的明亮的像。

n 實驗體會 在做實驗時要注意，布置光路時要調節光學元件的高低和位置使激光束的高低與臺面平行，并使參、物光的光程基本相等,二者的光程差控制在3cm之內.還有為了保證記錄是線性的，應使參考光光強大于物光光強，照射到全息干版上的參考光和物光光強之比以2∶1至5∶1為好,否則拍出來后再現時會很模糊。還要注意投射到干板上的物光與參考光之間的夾角要略小于45度,以便觀察時避開直射強光,夾角可以在25~45度之間選擇.再有就是要調節物體使其反射的最亮的部分落在干板上，否則也很難成功,我拍攝時就是由于沒有注意到這一點所以第一次沒有拍出來。拍攝時還要注意每一光學元件都不能有任何微小移動或振動,輕微的振動或氣流擾動只要使光程差發生波長數量級的變化,條紋都會模糊不清,因此拍攝時不能亂動.曝光時間和沖洗時間也要把握好,曝光的時間在10秒左右,顯影時間也不要過長,只要底片變灰了就行,千萬不能變黑了,定影3分鐘,所有的時間要嚴格掌握才能保證成功.還有沖洗時可以用紫光或綠光燈,但千萬不要被紅光照到,否則就前功盡棄了.n 實驗擴展 l 物光擴展拍攝大體積物體三維的全息圖----激光全息照相景深擴展方法之一

物體三維的全息照相是以干涉條紋的形式記錄下物光波的信息，只有和參考光波干涉的物信息才能記錄下來，沒有和參考光干涉的物信息將損失掉。當被拍攝物體的尺寸大于激光器的相干長度是，從物體上各點漫射出的物光的光程和參考光的光程差就不會都小于激光器的相干長度，即并非物體上各個物點漫射出的物光波都能與參考光波相干疊加，而只有局部物點漫射的物光波才與參考光波相干涉形成全息圖。全息圖上只記錄了這一部分物信息，再現時，就只能重現這一部分物光波，使再現像局部模糊甚至出現暗區。為了盡量減少丟失物體的信息，采用物光擴展的方法把物光分成兩束或更多束，從不同方向分段照明物體。例如圖（2）的雙光束照明，有反射鏡M5反射的光波充分照明被拍攝物體的左半部分，這一部分的各個物點漫反射的物光波的光程與參考光的光程差都小于激光器的相干長度，被拍攝物體的左半部分的全部信息都以干涉的形式記錄下來了。同理由M3反射的光波充分照明被拍攝物的右半部分，右半部分的全部信息也都以干涉的形式記錄下來。整個被拍攝物的全部信息完整地被記錄而沒有損失掉。再現時就不會出現局部模糊和暗區，得到清晰完整的再現像。

l 參考光擴展拍大景深物體組三維的全息圖——激光全息照相景深擴展方法之二

在激光器的相干長度較短的情況下，具有較大景深的物體，其各個物點漫射的物光波與選定的參考光波的光程差常常不能都同時落在相干長度之內，對于那些不能滿足相干條件的物點，需要選擇另一束參考光，即對原來的參考光進行光程補償，使補償后的光程差重新落在相干長度之內。例如圖（3），由BS2和M2、M3組成的三角形光路，使其中一部分參考光增大了光程。這一部分增大了光程的參考光R’’可與光程最長的那部分物光（O3上漫射來的光）相干涉，而不通過三角形光路的參考光與光程較短的那一部分物光（從O1、O2上漫射來的光）相干涉（O1、O2間距離小于激光器的相干長度）。這樣，整個物體組的全部信息被記錄下來了。

第五篇：激光測距論文講解

激光測距及在軍事上的應用 摘 要

激光技術這一高新技術，經過半個世紀的發展，從機理原理，實驗手段到制造工藝都已逐步成熟，且先進的激光器不斷研制成功，并憑借其高亮度、方向性強、單色性好、相干性好的顯著特點，在工業、農業、醫療、軍事等領域的應用已經是大顯神威。而激光武器經過不斷地開發和研究，目前已有了重大的進展：低功率激光武器已開始裝備部隊，高功率激光武器則在技術上已基本成熟，將在未來現代化戰爭或局部戰爭中發揮舉足輕重的作用。

本文簡要介紹了脈沖激光測距原理及常見的激光測距儀，并對它們在軍事上的應用作了相應的介紹。

關鍵詞：激光測距；激光測距儀； 軍事應用

一、引言

激光測距是激光在軍事上應用最早和最成熟的技術。自1960 年第一臺激光器--紅寶石激光器發明以來，便有人開始進行激光測距的研究。和微波測距等其它方法相比,激光測距具有更好的方向性和更高的測距精度,測程遠,抗干擾能力強,隱蔽性好,因而得到廣泛的應用。激光測距的研究還對雷達技術的發展起了很大的促進作用,因而在國民經濟和國防建設中具有重要意義。根據所發射激光狀態的不同,激光測距分為激光脈沖測距和連續波激光測距,后者根據起止時刻標識的不同又分為相應激光測距和調頻激光測距。本文將介紹脈沖測距的最新技術發展。

二、脈沖激光測距原理

脈沖激光測距是利用激光脈沖持續時間極短,能量在時間上相對集中,瞬時功率很大(一般可達兆瓦)的特點,在有合作目標的情況下,脈沖激光測距可以達到極遠的測程;在進行幾公里的近程測距時,如果精度要求不高,即使不使用合作目標,只是利用被測目標對脈沖激光的漫反射索取的反射信號,也可以進行測距。圖1 脈沖飛行時間激光測距系統一個典型的脈沖飛行時間激光測距系統通常有以下五個部分組成:激光發射單元,一個或兩個接收通道,時刻鑒別單元,時間間隔測量單元和處理控制單元。激光發射單元在t0 時刻發射一激光脈沖,其中一小部分功率直接進入接收通道1,經時刻鑒別單元產生起始(START)信號,開始時間間隔測量;其余功率從發射天線向目標發射出去,經距離R 到達目標后被反射;接收通道2 的光電探測器接收到返回脈沖,經放大后到達時刻鑒別單元,產生一終止(STOP)信號,終止時間間隔測量;時間間隔測量單元把所測得的結果t 輸出到處理控制單元,最后得到距離R=ct/2。

[1]

三、激光測距在軍事上的應用 3.1 激光測距光源

戰術和戰略用脈沖激光測距儀主要包括紅寶石、Nd∶YAG、CO2、喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃等脈沖激光測距儀。3.3.1 紅寶石脈沖激光測距儀

0.69μm 的紅寶石脈沖激光測距儀是第一代軍用激光測距儀，其結構簡單，緊湊。因工作波長屬近紅外綠光，極易暴露目標，加上對人眼極不安全，目前除少數應用外已被淘汰。

3.1.2 Nd∶YAG 脈沖激光測距儀

Nd∶YAG 脈沖激光測距儀的主要優點是隱蔽性、電效率和脈沖重復工作頻率大大優于紅寶石激光測距儀，因而從60 年代后期開始廣泛裝備部隊；主要缺點：①工作波長為1.06μm，相對說來較短，在大氣中的衰減較大，不完全適合自然霧和戰場煙幕等環境條件；② 1.06μm 波長被發射后經人眼聚焦進入視網膜，在很短的距離上若不加防護觀察，可以使人眼永久致盲；③1.06μm 波長不與8~12μm 熱成像系統兼容。而Nd∶YAG 脈沖激測距儀目前仍具有無法取代的獨特優點。3.1.3 CO2 脈沖激光測距儀

CO2 脈沖激光測距儀是70 年代末和80 年代中期主要針對1.06μm 的Nd∶YAG 激光測距儀的缺點發展起來的新一代人眼安全激光測距儀。其主要優點有：①大氣穿透能力優于Nd∶YAG 激光波長，能在較低能見度和戰場煙幕等大氣條件下工作；②能與8~12μm 波段內的典型熱成像系統兼容并可共用接收光學系統和探測器，能有效實現熱成像儀能探測到的絕大多數目標；③能實現對人眼安全。主要缺點是：①10.6μm 的CO2 激光波長極易被水分子(H2O)吸收衰減，在大氣中含水蒸汽密度大的睛天和潮濕條件下，限制了它的最大測距能力，特別是雨天和目

標被雪覆蓋時，目標呈現多鏡面對稱反射，對CO2 激光波長測距不利；③10.6 μm 的CO2 激光波長對戰術目標的反射系數低于1.54、1.06 和0.69μm 的激光波長。

3.1.4 喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測距儀

喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測距儀也和CO2 一樣發展于70 年代末和80年代中期，主要優點是：①大氣穿透能力高于1.06μm 的Nd∶YAG 激光波長而低于CO2 激光波長；②對目標的反射系數和在睛天、高溫度條件下測距時，其性能高于CO2 激光波長并與Nd∶YAG 激光波長相當；③對人眼的安全性高于CO2 激光波長。缺點是由于1.54μm 波長屬中紅外波段，不能與8~12μm 的熱成像系統兼容，加上轉換效率低、脈沖能量小和重復工作頻率低(喇曼頻移Nd∶[3][2] YAG 除外)等限制了它們的應用。3.2 脈沖激光測距在軍事上的應用

脈沖激光測距儀作為軍用裝備器材，發展于60 年代初。經過30 多年的開發、研制和裝備，目前國外已完成了“手持式、腳架式、潛望式、坦克、裝甲、水面艦載、潛艇潛望、高炮、機載、機場測云、導彈和火箭發射、人造衛星、航天器載”等約十三大類400 多個品種和型號，其中裝備量最大的是以Nd∶YAG 為器件的固體脈沖激光測距儀，其次是喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃以及CO2 脈沖激光測距儀。

3.2.1 輕型便攜式脈沖激光測距儀

輕型便攜式脈沖激光測距儀包括步兵和炮兵偵察用的手持式以及前沿偵察和前沿對空控制(FAC)雙用途的激光測距儀—目標指示器。對上述用途的系統，要求機動靈活、重量輕、體積小、用電池組作電源、可靠性和維修性高以及單一產品的成本低等。主要技術性能：最大測程4~10km，測距精度±10m，重復頻率為單次，束散角1~2mrad。值得關注的的是，由于上述激光測距儀及其系統常與其他友軍密切配合作戰且不帶裝甲部隊大范圍訓練以及無合作目標、操作手不帶防護目鏡等，人眼安全極為重要。因此，這類脈沖激光測距儀已逐漸由裝備Nd∶YAG 激光測距儀改為喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃1.54μm 的人眼安全激光測距儀。

在現代戰爭中，由以前單一的步兵、炮兵獨立作戰發展到有步兵、炮兵和海軍陸戰隊組成的特種部隊聯合作戰，武器系統也由單一的地炮、高炮逐漸采用多功能綜合高技術。因此激光測距儀也由單一測距功能的便攜式、手持式發展到激光測距、紅外瞄準的晝夜觀測儀以及激光測距、目標指示、紅外瞄準的激光紅外目標指示器等。

3.2.2 地面車載脈沖激光測距儀

地面車載脈沖激光測距儀包括坦克、步兵戰車(IFV)、火控、對空防御、火炮或導彈制導火控以及目前發展的地面車載激光測距儀—目標指示器等。其主要技術性能：最大測程4~10km，測距精度±5~10m，目標分辨約20m，重復頻率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。激光測距儀在坦克火控系統中的應用是提供彈道軌跡的超仰角修正信息和因逆風或目標移動引起的方位角校正信息以及距離信息。步兵戰車主要是使用激光測距儀去測量目標是否在反坦克導彈的距離內，其次用于槍炮火控和對目標的分選。為了做到激光測距儀完全有效地對任何能探測到的目標測距以及通過火控系統全天候被動探測、識別和分選，這些系統還應包括：瞄準光學系統、電視攝像機和紅外熱成像儀(FLIR)等。這是目前非常迫切需要的但不可能通過任何單一功能和單一波長激光測距儀能完全滿足的系統。據外刊報 道，美國休斯公司采用喇曼頻移Nd∶YAG 激光測距、電視攝像和紅外成像組成的坦克、裝甲車激光測距儀系統是目前最新型的設備。但是這種系統若采用1.06μm 的Nd∶YAG 激光測距，盡管在測距儀上裝上衰減濾光片，對合作目標測距訓練時已基本達到人眼安全要求，而經論證后的坦克和步兵作戰的操作人員及指揮、作戰人員應采取人眼安全措施，或者采用人眼安全的1.54μm 激光波長測距，從根本上實現對人眼安全的要求。3.2.3 對空火炮和導彈防御脈沖激光測距儀

對空防御的脈沖激光測距儀以及采用了自保護措施的步兵戰車對空防御脈沖激光測距儀均應按火控系統和作戰系統的要求工作，在距離和距離速率以內對空中高速機動目標提供穩定的跟蹤信息和距離信息，以對抗武裝直升機、隱身飛機和巡航導彈、反輻射導彈的威脅。這就要求激光測距儀提供比較高的數據率(高的激光脈沖速率)和相當高的距離精度，如最大測程為4~20km，測距精度為

2.5~5m，重復頻率為6~20Hz，束散角為0.5~2.5mrad 等。然而，若其交戰距離相當遠(約達20km 以上)，這么遠的距離實際對抗出現在不模糊的大氣條件下，僅要求激光測距儀的靈敏度比坦克測距儀稍高一些；若在某些高濕度季節或某些高溫度氣象區域內，由于很強的H2O 分子吸收，限制了長波長(如10.6μm 的CO2)脈沖激光測距儀最大測距能力的發揮，此時，應采用1.06μm 的Nd∶YAG 脈沖激光測距儀，或者采用喇曼頻移Nd∶YAG 及Er∶玻璃(1.54μm)的脈沖激光測距。

3.2.4 機載脈沖激光測距儀

機載脈沖激光測距儀可以用來裝備武裝直升機的導彈指令制導和裝備固定翼飛機，用于封鎖支援的光電飛行器等目標以及攔截飛機和導彈的攻擊。這些典型應用一般采用1.06μm的Nd∶YAG 激光測距儀并具有激光測距和目標指示的能力，或者采用1.54μm 波長的人眼安全喇曼頻移Nd∶YAG 脈沖激光測距儀_目標指示器等，以保護機載系統完成作戰任務或主動攻擊空中的光電目標。機載脈沖

激光測距儀的主要技術性能：測程遠(用于武裝直升機為4~10km，用于固定翼飛機為10~20kM)、測距精度高(用于武裝直升機為±5~10m，用于固定翼飛機為±1~10m)、重復頻率高(用于武裝直升機為4Hz，用于固定翼飛機為5~20Hz)、束散角小(用于武裝直升機為0.4~1mrad，用于固定翼飛機為0.1~0.5mrad)，同時機載設備應體積小、重量輕并要與航空指示器共用。因此，激光器必須使用高效循環液體作冷卻器，以適應高的運轉速率要求，否則要采用氣體或混合氣體升壓冷卻。

3.2.5 艦載脈沖激光測距儀

艦載脈沖激光測距儀的發展在輕型便攜式、車載和對空防御激光測距儀之后，它包括水面艦載和潛艇潛望兩大類。水面艦載脈沖激光測距儀在技術性能指標方面與車載火控和對空防御激光測距儀相同，在環境使用方面要適應艦載海[4] 空、海面以及海上鹽霧的荷刻要求，而在體積、重量、電效率、維護保養能力和成本等方面的要求又不苛刻。因此，目前大量用來裝備常規火控和對空防御的海軍艦只，如掩護(無聲雷達)艦載飛機回收和與紅外熱成像、電視等組成跟蹤系統，全天候監視和跟蹤空中目標等獨特的艦上應用正在出現，其應用前景相當廣泛 [5]。

四、結束語

激光武器不但反應速度快，而且殺傷命中率特別高，幾乎是100%，因為激光 武器以光束攻擊目標，可以不考慮射擊提前量，而且目標的機動性也不會影響激光器的性能。所以，激光武器的殺傷率就非常高，一旦鎖住目標，就能將其摧毀或破壞。另一個重要優點是單發成本相當低，每發僅1000 ~ 3000 美元。因此，用激光武器來對付在全世界擴散的“ 廉價低空飛行器“ 大有好處。使用戰區高空防御武器或其它昂貴的反導系統來對付近程火箭，其代價也太高。所以，發展激光防空武器就成了必然趨勢。[6] 參考文獻

［1］ 李適民.激光器件原理與設計［M］ 國防工業出版社 1998 ［2］ 陳家璧，彭潤玲.激光原理及應用[M] 電子工業出版社 2008 ［3］ 梅遂生，王戎瑞.光電子技術[M] 國防工業出版社 2008 ［4］ 陳婭冰等.激光武器新技術及應用［ J］.激光與光電子學進展，2003：12－16 ［5］ 王樂．激光在現代軍事中的應用[J]．光機電信息.2002，(6)：23—24 ［6］ 趙江，徐世錄.激光武器的現狀與發展趨勢[J] 2005:67-70