# 全息术原理 - 全息图记录与再现、孪生像、傅里叶全息在线模拟

> 在线模拟全息术：放置物点、记录干涉条纹，用角谱法 FFT 再现并对焦，比较同轴与离轴全息，剪半片演示，还能手绘图形生成傅里叶全息。

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- 最后更新: 2026-10-29
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全息图记录的不是物体的像，而是物光与参考光的干涉条纹，振幅和相位都存了下来。这个工具在 256×256 网格上真实计算这些条纹，再用 FFT 角谱法把光传播回去：拖动对焦滑块，不同深度的点依次变清晰，虚像、实像和孪生像一目了然。你还可以剪掉半片全息图，或者手绘一个图形，看它的傅里叶全息怎样再现出原图和倒立的共轭像。

## 使用步骤

1. 在“记录”页点按添加物点、拖动摆放，为选中的点设置深度，再调参考光角度。
2. 放大全息图，观察条纹间距随参考光角度的变化，以及频谱里分开的三个衍射级。
3. 切到“再现”页，拖动对焦距离或点“扫描深度”，看各物点在各自深度对焦。
4. 切换“只取虚像 / 只取实像 / 直接照明”和“剪掉右半”等选项，比较画质变化。
5. 在“手绘傅里叶全息”页画一个图形，查看全息图与再现结果中的原像、孪生像和零级。

## 功能特点

- 点物体 + 倾斜平面参考光的真实干涉计算，全息图可放大到单根条纹
- 自写二维 FFT，角谱法数值传播，手机上也能流畅对焦和扫描深度
- 数字空间滤波分离零级、虚像、实像，频谱图上标出滤波窗
- 伽博同轴与利思—乌帕特尼克斯离轴全息并排比较，直观看到孪生像干扰
- 剪半片演示：保留一部分全息片仍能再现全部物点，只是分辨率下降
- 手绘图形生成傅里叶全息，可选随机相位散射板和二值化计算全息

## 常见问题

### 全息图和普通照片有什么区别？

照片只记录光强，相位信息丢了，所以只有一个视角。全息图记录的是物光与一束相干参考光的干涉条纹，条纹的位置编码了相位，条纹的对比度编码了振幅。用参考光照明时，条纹衍射出与原物光完全相同的波前，眼睛看到的就像物体还在那里，换个角度能看到侧面，也有真实的景深。

### 什么是孪生像？为什么离轴全息能去掉它？

全息图的强度里同时含有 O·R* 和 O*·R 两项，再现时一项复现原物光（虚像），另一项是共轭光，在全息片另一侧汇聚成实像，这就是孪生像。伽博的同轴全息里两者和直射光同方向重叠，看虚像时总有一团离焦的实像盖在上面。离轴全息让参考光倾斜 θ，三项在空间频率上分别位于 0 和 ±sinθ/λ，传播方向错开，就能分开观察或滤掉。

### 全息图剪掉一半，为什么还能看到完整的像？

每个物点发出的光都照到了整张全息片上，所以每一小块都记录了所有物点的信息。剪掉一部分后，剩下的部分仍能再现全部物点，只是孔径 D 变小，像点的大小约为 λz/D，变得更模糊，能看到的视角范围也变窄，就像透过一个更小的窗户看场景。

### 全息条纹有多细？需要什么样的底片？

两束光夹角为 θ 时条纹间距 Λ = λ/(2 sin(θ/2))。He-Ne 激光、夹角 30° 时约 1.2 µm，也就是每毫米 800 多条；反射全息两束光几乎相对，条纹间距约 λ/2n，要求每毫米 3000 条以上。因此全息需要专用的超细颗粒银盐乳胶、重铬酸盐明胶或光致聚合物，曝光时整个装置还必须稳定到波长的几分之一。

### 钞票和银行卡上的防伪全息是怎么做的？

它们大多是模压彩虹全息：先用激光拍出母全息，用狭缝去掉竖直视差使其能在白光下观看，再把表面浮雕条纹电铸成镍版，像盖章一样热压到镀铝薄膜上批量复制。浮雕只有微米级深度，结构复杂，很难翻拍或仿制，常与动态衍射图案、微缩文字等组合使用。

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