激光全息干涉测量技术.doc

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1、激光全息干涉测量技术1激光全息干涉测量技术发展史全息技术是英国科学家丹尼斯盖伯（DennisGabor）在1948年首先提出的。但是直到1960年初，激光器的出现才为这种方法提供了适用的、具有足够相干性同时又具有高度单色性的照明光源。1962年利思（Leith）和厄帕特尼克斯（Upatnieks）提出离轴全息图，全息术的研究进入了一个极为活跃的阶段，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。光学全息术的发展到现在经历了三个阶段。第一阶段是盖伯用水银灯记录同轴全息图，这是全息术的萌芽时期。其主要问题是再现原始像和共轭像不能分离，以及没有理想的相干光源。第二阶段是利

2、用厄帕特尼克斯提出离轴全息图，把原始像和共轭像分离，同时激光器的出现为全息术提供了理想的光源。这一阶段全息术在理论上建立了基础，在可能的应用方面作了大量的实验，取得了丰硕的成果，在全息记录材料方面也得到了相应的发展。第三阶段是激光记录白光再现全息术，主要有反射全息图、像全息图、彩虹全息图及合成全息图，使全息术在显示方面展示其优越性。反射全息图，特别是真彩色全息全息图一成为已成为一种高贵的艺术品，在科学技术上亦有较重要的应用价值。浮雕彩虹全息图的研制成功，发展了全息图模压大批量复制技术，现已形成全息印刷产业。经过近十几年的发展，全息术被应用于许多领域：如全息干涉计量、全息三维显示、全息显微术、

3、光学信息编码存储、光学信息处理等等。目前随着实时记录材料和性能优良的光聚合材料的发展以及全息术和光电技术，计算机技术相结合，全息术在科学技术上的应用也扩展到实时全息干涉自动测量、光学图像实时处理、光计算等新的应用领域。一些有特殊功能的全息光学元件如光学互连元件、二元光学元件、多功能全息成像元件空间光调制器、空间滤波器等全息方法来制作有其优越性。特别是计算机全息图的实现，补充了照相记录全息图的不足。2激光全息干涉测量原理全息技术分两步成像，即全息图的纪录和物光波的再现。2.1全息图的纪录用相干光照射物体，物体散射出来的光投射到全息干板上，同时用同一光源发出的另一部分相干光波作为参考光也投射到全

4、息干板上，于是两束光在全息干板上形成干涉。在感光乳胶的作用下，干涉条纹被记录下来。这样曝光后的干板再经过适当的显影，定影处理就成为全息底片。这个过程就是记录过程。设参考光束以一定入射角照射干板，其电矢量为设物体光束的电矢量为参考光波是一个强度均匀的平面波，它以入射角i照射到记录介质上，介质上各点的强度分布是相同的。而相位分布则随y值而变化。如果以入射到o点的光波的相位为参考，那么入射到记录介质上任一点P（x，y）的光线的相位将比入射到o点的光线相位延迟，则在任一点P（x，y）的参考光波为对物体光波由于入射到记录介质上各点的振幅和相位均为x，y的函数，所以在点P（x，y）物体光波为于是参考光波

5、和物体光波在P点的合成分布为记录介质记录的是光强信息，即参考光是固定不动的，所以全息底片上的干涉条纹主要由物体光束调制，即干涉条纹的亮度和形状主要由物体光波决定。因此物体光波的振幅和相位就以光强的形式记录在全息底片上。全息底片经过显影和定影处理之后，就成为一张全息图。2.2物体光波的再现全息底片经处理后有一定的振幅透过率t（x，y），振幅透过率t（x，y）和曝光量E在一定范围内是线性关系。当记录介质的曝光使用这线性部分时，所得到的透过率就和曝光光强成线性关系。t（x，y）=mI（x，y）用和参考光波一样的光波作为照射光波来照射处理后的全息图，得到的透射光波为如果参考光波是充分均匀的，即为常数

6、，则就表示一个与物体光波相同的透射光波，这个光波具有原来物体光波的一切性质。如果我们迎着这个光波观察就会看到一个和原来一模一样的物体，这个透射光波就好像是原物体发出的。所以我们称这个透射波是原始物体波前的再现。由于再现时实际物体并不存在，该像只是由衍射光线的反向延长线构成的，所以我们称这个像为原始物体的虚像。2.3全息干涉条纹的调制度物体光波和参考光波在记录介质上相干叠加后所得到的强度分布特点方程为：由上式看出，光强分布是在一个均匀项上加一个余弦调制，即全息图上的光强调制是按正弦变化的，这种正弦变化的纪录就得到干涉条纹，如下图所示：光强分布曲线图再现时起到正弦光栅的作用。物体光波振幅对参考光

7、波调幅，物光波位相对参考光波调相。振幅调制度为：；当Ar=Ao时，有最大调制度为1。如果干涉条纹的强度分布是单纯的正弦型分布，则这个调制度有时也成为条纹的对比度。2.4全息干涉测量中的光源和底片光源：在全息干涉测量中，由同一光源发出两部分相同的相干光波；其中一部分用来照射物体，然后由物体散射出来即为物波，投射到全息干板上，另一部分相干光波作为参考光也照射到全息干板上，于是在干板上形成物波与参考光波的干涉。全息