最新信息光学PPT课件第五章光学全息教学讲义ppt课件.ppt

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1、信息光学PPT课件第五章光学全息这种方法就全息术：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。全息照相仿真实验CAI5.1光学全息概述全息照相术是英籍匈牙利科学

2、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。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（ComputerG

3、eneratedHologram，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。5.2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

4、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。5.2.1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。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

5、振幅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底片造成的强度分布。记录介质参考波物波物光波在底片造成的强度分布是不均匀的，但实验上一般都让它比参考光弱得多。前两项基本上是常数，作为偏置项.第三项是干涉项，包含有物光波的振幅和相位。参考光波的作用正好完成使物光波波前的相位分布转换成干涉条纹的强度分布的任务。2、记录

6、过程的线性条件直线曝光量振幅透过率负片的t-E曲线作为全息记录的感光材料很多，常用的是由细微粒卤化银乳胶构成的超微粒干板，简称全息干板。假定全息干板的作用相当于一个线性变换器，它把曝光期间内入射光强线性地变换为显影后负片的振幅透过率，为此必须将曝光量变化范围控制在全息干板t-E曲线的线性段内。如图所示，此外，我们还必须假定全息干板具有足够高的分辨率，以便能记录全部入射的空间结构，这样全息图的振幅透过率可记为:式中和均是常数。是曝光时间。对于负片和正片，分别是负值和正值。假定参考光的强度在整个记录表面是均匀

7、的，则式中表示均匀偏置透过率。如果全息图的记录末能满足上面指出的线性记录条件，将影响再现光波的质量。5.2.2波前再现1衍射效应再现物波波前用一束相干光波照射全息图，假定它在全息图平面上的复振幅分布为C（x,y)，则透过全息图的光场为讨论：由于参考波通常采用球面波和平面波，所以R2近似为常数，于是U1中两项系数的作用仅仅改变照明光波C的振幅，并不改变照明光波的特性。U2的系数中包含有上式是物光波单独存在时在底片造成的强度分布，它是不均匀的。因此，U2代表振幅受到调制的照明波前，这实际上是照明波经历

8、O

9、2

10、（x,y)分布的一张底片的衍射,使照明波多少有些离散而出现杂光，是一种噪声信息。这是一个麻烦问题，但实验上可想些办法，如使适当调整照明度，使

11、O

12、2与

13、R

14、2相比而成为次要因素。总而言之，U1和U2基本上保留了照明光波的特性，这一项称为全息图衍射场中的0级波。当照明光波是与参考光波完全相同的平面波或球面波时（C=R），透射光波中的第三项为因为r2是均匀的参考光强度，所以除了相差一个常数因子外，U3是原来物光波波前的准确再现，它