第五章光学全息2014ppt课件.ppt

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1、第五章光学全息引言人的眼睛能够看到一个物体，是由于物体所发出的光波携带着物体所包含的信息传播到眼睛里，在视网膜上成像所致。光波的波长、振幅、相位就决定了所看见物体的特征（颜色、亮暗和形状）。然而，普通照相只能作强度记录，不能记录物体光波的相位，因而在照相过程中丢失了物体纵深方向的信息。我们生活在丰富多彩的三维世界中，但通过普通照片、电视、电影所看到的只是一些二维的图景，这自然不能令人满意。如何得到三维的图像呢？2021/10/81这种方法就全息术：利用干涉原理，将物光波前以干涉条纹的形式记录下来，由于物光波前的振幅和相位，即全部信息都储存在记录介质中，它被称

2、为“全息图”。光波照明全息图，由于衍射效应能再现原始物光波，该光波将产生包含物体全部信息的三维像。这个波前记录和再现的过程就是全息术，或全息照相。如果我们能够用某一种方法把物体光波（其中包含振幅和相位信息）以某种方式记录下来，则当我们想办法把物光波再现出来的话，就能再现三维的物体。2021/10/825.1光学全息概述全息照相术是英籍匈牙利科学家丹尼斯.加伯(DennisGabor)于1948年发明的，从而开辟了光学中的一个崭新领域，他因此获得了1971年诺贝尔物理学奖。1948年到50年代末期，全息照相都是采用汞灯作为光源，而且是所谓的同轴全息图，它的1

3、级衍射波是分不开的，即存在所谓的“孪生像”问题，不能获得好的全息图，这是第一代全息图，是全息术的萌芽时期。第一代全息图存在两个严重问题，一个是再现原始像和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太差。2021/10/831960激光的出现，提供了一种高相干性光源。1962年美国科学家利思(Leith)和乌帕尼克斯(Upatnieks)将通信理论中的载频概念推广到空域中，提出了离轴全息术。他用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间相互分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。这样第一代全息图的两大难题宣告解决，产生了激光

4、记录、激光再现的第二代全息图。2021/10/84第二代全息图的出现,使全息术在沉睡了十几年之后得到新生，进入了快速发展年代，相继出现了多种全息方法，并在信息处理、全息干涉计量、全息显示、全息光学元件等领域得到了广泛的应用。由此可见，高相干度的激光的出现是全息术发展的巨大动力。由于激光器再现的全息图丢失了色调信息，人们开始致力研究第三代全息图。第三代全息图是利用激光记录和白光再现的全息图，如反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等，在一定条件赋予全息图像以鲜艳的色彩。2021/10/85激光高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保

5、持不变，并且相干噪声也很严重，这给全息术的实际使用带来了种种不便，于是科学家们又回过头来继续探讨白光记录的可能性。第四代全息图可能是白光记录和白光再现的全息图，它将使全息术最终走出实验室，进入广泛的实用领域。2021/10/86除了用光学干涉方法记录全息图，还可用计算机和绘图设备画出全息图，这就是计算全息（ComputerGeneratedHologram，简称CGH)。计算全息是利用数字计算机来综合的全息图，不需要物体的实际存在，只需要物光波的数学描述，因此具有很大的灵活性。全息术不仅可以用于光波波段，也可用于电子波，X射线、声波和微波波段。2021/10

6、/875.2波前记录与再现物体通过成像系统所成的像中包含着物体的信息，对这一点不会有人提出异议。事实上这种信息存在于物像之间光波经过的任一平面上。正是光波承载着物体信息经过这些平面向像面传递的。因而在该平面把携带信息的光波波前记录下来，将可以在另一时间场所，采用适当的方法把波前再现出来，使之继续传播，以产生一个可观察的三维像。光波传递信息，构成物体的像这一过程被分为两步：波前记录与波前再现，这正是全息术的基本思想。2021/10/885.2.1波前记录1、用干涉方法记录物光波前所有记录介质都只对强度有响应，属能量探测器，不能记录波前携带的相位信息，因此，必须

7、设法把相位信息转化为强度的变化才能记录下来。干涉法是将空间相位调制转换为空间强度调制的标准方法。2021/10/89记录介质参考波物波上图为波前记录的示意图,设传播到记录介质上的物光波前复振幅（对于理想单色光，其空间的复振幅分布是不随时间变化的）为传播到记录介质上的参考光波前复振幅2021/10/810记录介质上的的总光强为对两个波前的干涉图样曝光后，经显影、定影处理后得到全息图。因此，全息图实际上就是一幅干涉图。记录介质参考波物波2021/10/811上式中前两项是物光和参考光的强度分布，其中参考光波一般选取用比较简单的平面波或球面波，因而是常数是物光波在

8、底片造成的强度分布。记录介质参考波物波2021/10