光学信息储存

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1、实验十四光学信息储存1.引言全息术一一利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的立体像。由于记录了物体的全部信息(振幅和相位)，因此称为全息术或全息照相。英国科学家丹尼斯•加伯(DennisGabor)在1948年为提高电子显微镜的分辨率，在布喇格(Bragg)和泽尼克(Zernike)_L作的基础上提出全息术。全息术需要高度相干性和高强度的光源，所以，直到I960年激光出现，以及1962年利思(Leith)和厄帕特尼克斯(Vaptnieks

2、)提出离轴全息图以后，全息术的研宄才进入一个新的阶段，相继出现了多种全息方法，开辟了全息应用的新领域，成为光学的一个重要分支。全息术发展到现在可以分为四代：第一代是用水银灯记录同轴全息图，这是全息术的萌芽时期，其主要问题是再现像和共轭像不能分离，以及没有好的相干光源；第二代是用激光记录、激光再现，以及离轴全息图，把原始像和共轭像分离；第三代是激光记录白光再现的全息术，主要有反射全息、象全息、彩虹全息及合成全息，使全息术在显示方面显出其优越性;第四代即当前所致力的方向，是企图利用白光记录全息图，已初步作了一些工作

3、。2.实验目的1、了解全息照相的基本原理和实验装置；2、初步掌握全息照相的方法，拍摄一幅漫反射三维全息照片；3、学会全息片的再现观察，了解全息像的特点。3.实验原理全息照相分两步：波前记录和波前再现。波前记录是将物体出射的光波(物光)与另一光束(参考光)相干涉，用照相的方法将干涉条纹记录下来，称为全息图或全息照片。明暗相间的干涉条纹成像使全息图具有光栅状结构，当用原参考光照射全息图时，光通过全息图后发生衍射，其衍射光波能重建原物体光波，在照片后面原物体放置的位置上将有物体的再现三维像，即像与物有相同的景深。1.

4、全息图的记录图1全息阁的记录它们的复振幅（复矢量）分布为:拍摄全总图必须建立干涉光路，以图1为例。激光器输出的光束用分束器（1）分为W束，反射的一束经全反镜（6）反射到全息底片（5）上作为参考光；透射的一束经全反镜（2）反射到物体上，再经物体表面漫反射，作为物光入射到全息底片上。设X-Y平面为干涉场中照相底版所在平面，物光波0和参考光波R均为平面波，Eo=E(>y)=eoy)exP>0](i)Er=Er(x,y)=er(x,y)exp[i(pr(^y)](2)Eo>Er干涉叠加后的合振幅分布为E=£（x,y）=

5、Eo（x,y）+Er（x,y）（3）合振动的强度分布为I=I（x,y）=E（xyy）f=EE^（4）上式中E与E'量是共轭复数，所以/（%，＞，）=EOE；+ErE；+E；Er+EOE；（5）为了便于分析，上式可改写成光强形式/（%，），）=＜+er2+2eoercos（況一讯.）（6）由此式可知，&2+＜是基本恒定的，它是xy平面上的平均光强，是“直流”项;2wos（%-%）是随坐标变化的，是“交流”项。后者携带着0光和R光的振幅和位相信息，因而是信息项，它的光强在xy平面上按坐标周期性地变化，形成干涉条纹

6、。在参考光与物光的干涉场中的全息底片经曝光、显影和定影处理以后，就将物光的全部信息（振幅和相位）以干涉条纹的形式记录下来，这就是波前记录过程。1.记录介质及曝光条件（1）负性干版的^口£曲线记录介质有银盐乳胶、光致腐蚀剂等多种记录介质，比较常用的是负性乳胶干版，其振幅透过率t与曝光量e的关系在一定范围内大致是线性关系的，如图2,可表达为图2乳胶的rDr特性曲线rUfie其屮，A是常数，/?<0是负片。可见在一定范围内，振幅透过率和曝光量是线性关系。将感光干版放在xy平面上，它的感光量沙落在线性区如式（7）,再经

7、显影定影处理后，xy平面上的光强分布/Cr，y）就转变成了干版上的振幅透过率分布rCr，y）,从而得到物体光波的全息图。将s=代入式（7）中，则全息图的振幅透过率分布为T（x,y）=k+/3tEoE:七fitE（:E,.（8）式中々=t+/?z

8、£；,

9、2+/?z

10、£r

11、2y/^2+/^.2,可知k近似为常数。则（8）式改写为r（x，y）=k^2Pteoercos他-（pr）（9）可见，全息图的振幅透过率也是按坐标周期性变化的，即全息图就是一块刻纹光栅。当物体有一定大小时，底片处的光强分布极其复杂，它是一系列空

12、间频率大小不同、方向不同、强度也不同的干涉条纹的叠加，所得到的全息图实际是一种较复杂的光栅结构。（2）底片的曝光量引起全息干版曝光的光强/£可表示为式中A,和分别代表入射到干版上的物光束与参考光束的强度，(也-也、为两光束的位相差。当⑽氏)为o或K时，八取极值iE=，，ir±247Jr(id每种全息干版都有自己的rDs曲线，根据式(11)可以估计的值，对于我们所使用的底片来说，的值一般