全息投影的简易制作及探究

◆麻艳华 覃园园

全息投影的简易制作及探究

◆麻艳华 覃园园

全息投影是近年来流行的高新技术，能够展示神奇的立体全息影像，给参观者全新的互动感受。全息投影设备价格较高，应用生活中常见的器材，制作一款具有全息效果的实验演示装备，揭示其中的科学原理。

全息投影；实验器材；虚拟成像

1 前言

2013年9月13日，去世18年的歌手邓丽君“穿越时空210秒”，与男歌手周杰伦同台对唱，别具一格的全息投影技术很快成为新闻媒体报道的热点，引起人们极大的兴趣和关注。全息投影设备价格较高，一般应用于商业展览或影视特效中。对于广大中小学科学教师来说，只要应用生活中常见的实验器材，花费很低的经济成本，同样可以制作简易的全息投影演示实验，带给学生新奇的科学体验与乐趣。

2 全息投影原理

全息投影技术也称虚拟成像技术，利用光的干涉和衍射原理，记录并再现物体真实的三维图像。

第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，利用干涉条纹间的反差和间隔，将物体光波的全部信息记录下来。记录干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。

第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成像过程。全息图的每一部分都记录物体各点的光信息，能够再现原物的整个图像，通过多次曝光可以在同一张底片上记录多个不同的图像，互不干扰地分别显示出来。

全息投影系统将三维立体画面悬浮在实景半空中，画面的对比度和清晰度高，有空间感和透视感，营造了亦幻亦真的神奇氛围。

依据实现技术手段与途径的不同，全息投影分为两类。

1）透射全息投影：通过向全息投影胶片照射激光，从另一个方向来观察重建的图像。透射全息投影可以使用白色光来照明，广泛应用于信用卡防伪和产品包装等领域，通常在一个塑料胶片形成表面浮雕图案，通过背面镀上铝膜，光线透过胶片得以重建图像。

2）反射全息投影。使用白色光源，从和观察者相同的方向照射胶片，通过反射重建彩色图像。镜面全息投影利用控制镜面在二维表面上的运动，制造三维图像。

3 简易全息投影设备制作

应用于商业展览或影视特技的全息投影需要复杂的制作技术与专业设备［1］。为了向青少年普及科学知识，介绍前沿科技新成就，教师利用身边的简易器材，同样可以制作出具有立体效果的全息图像。

实验原理 利用4个半透面对光线的折射和全反射，把屏幕上的视频源文件反射。由于视频源文件同时有图像的前、后、左、右4个面，4个面同时投影形成全息效果。原理图如图1所示。

图1 全息投影原理图

制作材料与过程 能够形成单屏投影的设备（包括手机、平板电脑）、各种透明薄板（如亚克力板、塑料板、PVC板、手机贴膜等）。由于四棱椎体是最简单的制作，以下详细介绍全息投影制作过程以及注意事项。

1）确定四棱椎体的几何形状与大小。本实验制作的投影设备由透明塑料等材质构成棱锥、覆盖在上方的单屏投影源构成（图2）。光线由投影源发出，在棱锥侧面产生全反射，进入观察者眼睛。如果能够使每个侧面反射的光线恰好构成三维物体的不同侧面，观察者从不同方向观看，就

作者：麻艳华、覃园园，广西民族大学理学院物理实验室，研究方向为物理实验与教育装备（530006）。

可以看到三维物体的不同侧面［2］。为了保证反射光水平射入眼睛，需要使棱锥的侧面和底面所成的二面角为45°。

G642.0

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1671-489X（2016）18-0031-02

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.18.031