光学全息技术原理.ppt

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1、光学全息记录与再现原理波前记录与再现人眼接收到不失真的物光波的全部信息，两眼产生视差的结果，便看到了三维立体像利用两眼视差观察不同像合成，并不是真正的立体像；接收到具有位相关系的物光波，看见物体的立体像，才是“全息”立体像“冻结”物光波的过程称为“波前记录”，“复活”信息称为“波前再现”即“wavefrontreconstraction”盖伯避免位相信息丢失的技巧是干涉方法,因为干涉场分布与波面位相有一一对应关系物光波的振幅和位相信息便以干涉条纹的形状、疏密和强度的形式“冻结”在感光的全息干板上波前记录和波前再现示意图波前记录的数学模型在全息干板H上设置x,y坐标，设物波和参考波的复振幅分别为

2、O(x,y)=O0(x,y)exp[jφo(x,y)]R(x,y)=R0(x,y)exp[jφr(x,y)]干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H上的总光场为干涉场光振幅应是两者的相干叠加，H上的总光场为U(x,y)=O(x,y)+R(x,y)干板记录的是干涉场的光强分布，曝光光强为I(x,y)=U(x,y)·U*(x,y)=∣O∣2+∣R∣2+O·R*+O*·R经线性处理后，底片的透过率函数tH与曝光光强成正比，略去一个无关紧要的比例常数，上式可直接写成tH(x,y)=∣O∣2+∣R∣2+O·R*+O*·R波前再现的数学模型设照明光波表示为C(x,y)=C0(x,y)exp[jφc(x,y)]透

3、过H后的光振幅U’(x,y)为上式，称为全息学基本方程，其中方程右边各项的意义为第一、二项：与再现光相似，它具有与其相同的位相分布，只是振幅分布不同，因而它将以与再现光C(x,y)相同的方式传播。第三项：包含有物的位相信息，但还含有附加位相。第四项：包含有物的共轭位相信息，可能形成共轭像。波前再现的几个特例(1)（1）C(x,y)=R(x,y)，即原参考光再现U’(x,y)=R0（O02+R02）exp[jφr]+R02O0exp[jφo]+R02O0exp[-j(φo-2φr)]第一、二项合并为一项，保留了参考光的信息第三项与原物光波只增加了一个常数因子，再现了物光波，所成的像称为原始像（虚

4、象）第四项为共轭项，它除了与物波共轭外，还附加了一个位相因子，因而这一项成为畸变了的共轭像，是实像波前再现的几个特例(2)（2）C(x,y)=R*(x,y)采用与参考光共轭的光波再现U’(x,y)=R0（O02+R02）exp[-jφr]+R02O0exp[j(φo-2φr)]+R02O0exp[-jφo]第一、二项合并，仍保留了参考光的特征第三项是畸变了的虚象第四项是与原物相象的实像，但出现了景深反演，即原来近的部位变远了，原来远的部位变近了，称为赝像波前再现的几个特例(3)(3)其他情况：a．照射角度的偏离：如再现光与参考光波面形状相同，只是相对全息图的入射角有偏离。偏离角小时仍出现再现像

5、；随着角度的增大，再现像由畸变直至消失。全息图只在一个有限的角度范围内能再现物波前。利用这一特性，可采用不同角度的参考光在同一张全息片上记录多重全息图，再现时只要依次改变再现光角度，便可依次显示出不同的像来。b.波长的改变：如再现光与参考光只是波长存在差异，则再现像会出现尺寸上的放大或缩小，同时改变与全息图的相对距离。c.波面的改变：再现光波面的改变会使原始像发生畸变。全息再现特点的定性说明全息图上每一点都记录有物上所有点发出的波的全部信息，因此每一点都可以在参考光照射下再现出像的整体。对再现像有贡献的点越多，像的亮度越高。点越多，再现时的照明孔径也越大，像的分辨率就越高，可以观察三维立体像的

6、视角也越宽还应当注意到，在全息图上这四项是相互重叠在一起的由于光是独立传播的，再现时在全息图上相互重叠的的四项将分别沿三个不同方向传播。只要这些方向之间夹角比较大，离开全息图不远就可以分离开来，在不同方向上观察，这四项产生的图像并不会互相干扰——利思和乌帕特尼克斯提出离轴全息图的原理。全息实验用装置相干光源——激光器2．防震平台及光学元件在几秒到几分钟甚至几十分钟内要求光路必须达到较高稳定度，光程差的变化量不得超过λ/10常用的光学元件有：反射镜；扩束镜；针孔滤波器；光分束器；透镜；散射器等3．全息实验光路设计原则（1）光程差的要求尽可能小（2）干板表面物光和参考光光强之比在1：2至1：10以

7、内（3）空间频率的限制：物光和参考光的夹角应选择适当，使全息图的条纹密度不得大于所选用记录介质的分辨率（4）光学元件使用数量要尽可能少，一方面是为了减少不必要的光能量损失，另一方面也为了减少引入光噪声的渠道。同轴全息图的记录和再现(a)记录；(b)再现同轴全息图设相干平面波照明一个高度透明的物体，透射光场可以表示为：是一个很高的平均透射率，表示围绕平均值的变化，且有：因此透射光场可以看成由两项组成