基于传统光学全息探究数字全息.

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1、基于传统光学全息探究数字全息摘要：数字全息是指用光电传感器件（如CCD或CMOS）替代普通全息记录材料记录全息图，再用计算机模拟光学衍射过程来实现所记录物场的数字再现，实现了全息图记录、存储、处理和再现全过程的数字化。相比传统光学全息具有制作成本低，成像速度快，记录和再现灵活等优点，已受到越来越多的关注。本文基于传统光学全息为进一步开展数字全息的应用研究提供了理论和技术基础。关键词：全息术；数字全息术；离轴全息；数字显微1前言12基本原理12.1光学全息术12.1.1波前记录12.1.2波前再现12.2全息图的分类32.2.1同轴

2、全息图32.2.2离轴全息图42.2.3菲涅耳全息图63数字全息术73.1数字全息术基本原理73.1.1数字记录73.1.2数字再现83.2数字全息中的一些基本问题94数字全息的应用之数字全息显微95小结12参考文献12致谢121刖吞由于电子显微镜的分辨率较低，1948年，在布喇格(Bragg)和泽尼克(Zemike)工作基础上英国科学家丹尼斯•加伯(DennisGabor)提出了全息术。1960年激光的岀现，及利思(Leith)提岀离轴全息，全息术的研究进入了一个新阶段。具有以下基本特点：1)可以形成三维像；2)运用全息来照相可

3、多重记录，信息容量大；3)原理上无须透镜成像；4)照片的重现像可放大也可缩小。1967年美国科学家顾徳门(J.W.Goodman)首次提出数字全息⑴。数字全息显微是数字全息技术最重耍和成功的应用，在后文屮将会介绍到。本文的主要内容:首先叙述了传统光学全息术。接着，论述了数字全息的相关理论。最后,探究了数字全息的应用之数字显微技术。2基本原理2.1光学全息术2.1.1波前记录如图2」所示。设物光波波前为⑵:(2-1)(2-2)O(x,y)=O(x,y)exp[-j4>o(x,y)]参考光波波前为：R(x,y)=R(x,y)exp[-

4、j”R(x,y)]图2」波前记录则被记录的总光强为：I(x,y)=IO(x,y)+R(x,y)F=IR(x,y)I2+IO(x,y)F+R(x,y)O*(x,y)+R*(x,y)O(x,y)(2-3)或：I(x,y)=IR(x,y)I2+IO(x,y)F+2R(x,y)O(x,y)cos[dR(x,y)-(1)o(x,y)](2-4)上式屮前两项是物光O和参考光R的强度分布，第三项是干涉项，包含O的振幅和相位信息，R振幅和相位都受到O的调制(调幅和调相)，止好使O波的相位分布转换成干涉条纹的强度分布。2.1.2波前再现用相干光波照

5、射时，设C(x,y)为复振幅分布，则透射光场为：U(x,y)=C(x,y)t(x,y)=tbC+B'OO*C+B'R*CO+BRCCHU1+U2+U卄5(2-5)将C,O,O*看作波前函数。一般而言，如系数中含二次相位因子，相当于波前经过一个透镜的聚散。如有线性因子，是经过了一个棱镜的偏转。如都有,则经过了聚散和偏转。U屮th=to+(31RI2,b为常数。U2的系数屮含02,故5二3O2c代表振幅受到调制的照明波前。此项称为0级波。U3项,当C=R时,(2-5)屮：Us(x,y)=B'R2O(x,y)(2-6)R?是参考光強度，

6、5是原来0的准确再现，作用等价于记录时原始物体发出的光波，观察时，可看到物像。介于发散，是虚像，如图2.2(a)所示。此项称为全息图衍射场中的+1级波。对于笫四项：U4(x,y)=P•R2O*(x,y)、(2-7)C与R如都是平而波，5波成为会聚波，形成一个原物的实像。如都是球面波，形成一个大小不同于原物的实像。此项称为全息图衍射场中的・1级波。当C与R均为正入射的平面波时，土1级光波严格镜像对称。由共觇光波5所产生的实像，凸凹性与原物体相反，称为應像。若C(x,y)二R*(x,y),则再现波场屮：Us(x,y)=B'R*R*O(

7、x,y)(2-8)U4(x,y)=31R2O*(x,y)(2-9)这时5再现O*,如图2.2(b)所示。5再现O,给岀原始物体一个虚像，受R*R*的调制，虚像产生变形。照明光滾(b)图2.2波前再现(a)用原始参考波照明:(b)用共轨参考波照明可知，振幅和相位信息变成干涉图的强度调制。2.2全息图的分类相对某一特定的分类依据而言，大致可分为：(1)按记录介质膜厚分类：平面全息图和体积全息图；(2)按透过率函数的特点分类：振幅型和相位型，相位型乂分为表面浮雕型和折射率型；(3)按记录的物光的特点：菲涅耳全息图、夫琅禾费全息图和傅立叶

8、变换全息图；(4)按物光与参考光的相对位置：同轴金息图和离轴金息图；(5)按再现时照明光的种类：激光再现和口光再现；(6)按再现时照明光和衍射光的方向特点：透射型和反射型；(7)按所显示的再现像的特征：像而全息、彩虹全息、360度合成全息、真彩色全